基于FPGA的FFT信號處理器的設計與實現(xiàn).pdf

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

2、)作為數(shù)字信號處理中的基本運算,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算量減小了幾個數(shù)量級,使得數(shù)字信號處理的實現(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之一,因此對FFT算法及其實現(xiàn)方法的研究具有很強的理論和現(xiàn)實意義。 本文主要研究如何利用FPGA實現(xiàn)FFT算法,研制具有自主知識產(chǎn)權的FFT信號處理器。該設計采用高效基-16算法實現(xiàn)了一種4096點FFT復數(shù)浮點運算處理器,其蝶

3、形處理單元的基-16運算核采用兩級改進的基-4算法級聯(lián)實現(xiàn),僅用8個實數(shù)乘法器就可實現(xiàn)基-16蝶形單元所需的8次復數(shù)乘法運算,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。 在重點研究處理器蝶形單元設計的基礎上,本文完成了整個FFT處理器電路的FPGA設計。首先基于對處理器功能和特點的分析,研究了FFT算法的選取和優(yōu)化,并完成了處理器體系結構的設計；在此基礎上,以提高處理器處理速度和減小硬件資源消耗為

4、重點研究了具體的實現(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)境中實現(xiàn)了處理器各個模塊的RTL設計：隨后,以XILINX Spartan-3系列FPGA芯片xc3S1000為硬件平臺,完成了整個FFT處理器的電路設計實現(xiàn)。 經(jīng)過仿真驗證,本文所設計的FFT處理器芯片運行速度達到了100MHz,占用的FPGA門數(shù)為552806,電路的信噪比可以達到50dB以上,達到了高速高性能的設計