基于FPGA的FFT信號處理器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的,它結(jié)合了微電子技術(shù)、電路技術(shù)和EDA(Electronics Design Automation)技術(shù)。隨著它的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展,使設(shè)計(jì)電路的規(guī)模和集成度不斷提高,同時(shí)也帶來了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思想的不斷推陳出新。 隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字信號處理的理論和技術(shù)廣泛的應(yīng)用于通訊、語音處理、計(jì)算機(jī)和多媒體等領(lǐng)域。離散傅立葉變換(DFT

2、)作為數(shù)字信號處理中的基本運(yùn)算,發(fā)揮著重要作用。而快速傅里葉變換(FFT)算法的提出,使離散傅里葉變換的運(yùn)算量減小了幾個(gè)數(shù)量級,使得數(shù)字信號處理的實(shí)現(xiàn)變得更加容易。FFT已經(jīng)成為現(xiàn)代數(shù)字信號處理的核心技術(shù)之一,因此對FFT算法及其實(shí)現(xiàn)方法的研究具有很強(qiáng)的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 本文主要研究如何利用FPGA實(shí)現(xiàn)FFT算法,研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的FFT信號處理器。該設(shè)計(jì)采用高效基-16算法實(shí)現(xiàn)了一種4096點(diǎn)FFT復(fù)數(shù)浮點(diǎn)運(yùn)算處理器,其蝶

3、形處理單元的基-16運(yùn)算核采用兩級改進(jìn)的基-4算法級聯(lián)實(shí)現(xiàn),僅用8個(gè)實(shí)數(shù)乘法器就可實(shí)現(xiàn)基-16蝶形單元所需的8次復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算,在保持處理速度的優(yōu)勢下,比傳統(tǒng)的基-16算法節(jié)省了75％的乘法器邏輯資源。 在重點(diǎn)研究處理器蝶形單元設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,本文完成了整個(gè)FFT處理器電路的FPGA設(shè)計(jì)。首先基于對處理器功能和特點(diǎn)的分析,研究了FFT算法的選取和優(yōu)化,并完成了處理器體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；在此基礎(chǔ)上,以提高處理器處理速度和減小硬件資源消耗為

4、重點(diǎn)研究了具體的實(shí)現(xiàn)方案,完成了1.2萬行RTL代碼編程,并在XILINX公司提供的ISE 9.1i集成開發(fā)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了處理器各個(gè)模塊的RTL設(shè)計(jì)：隨后,以XILINX Spartan-3系列FPGA芯片xc3S1000為硬件平臺,完成了整個(gè)FFT處理器的電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。 經(jīng)過仿真驗(yàn)證,本文所設(shè)計(jì)的FFT處理器芯片運(yùn)行速度達(dá)到了100MHz,占用的FPGA門數(shù)為552806,電路的信噪比可以達(dá)到50dB以上,達(dá)到了高速高性能的設(shè)計(jì)