利用FFT IP Core实现FFT算法

文章摘要：3.1 FFT 运算器 FFT运算器采用FFT Core实现，其引擎结构为双Single-output，I/O数据流采用突发(Burst)方式。FFT Core采用Atlantic Interface协议，输入接口视为主接收器，输出接口视为主发送器。具体接口定义如表1所示。表1 FFT Core接口信号定义信号方向描述clk输入FFT系统时钟信号reset输入FFT高有效同步复位信号master_sink_dav输入主接收器数据有效信号master_sink_ena输出主接收器写使能信号master_sink_sop输入输入数据包起始位指示信号inv_i输入转换方向控制信号date_r

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3.1  FFT 运算器
    FFT运算器采用FFT Core实现，其引擎结构为双Single-output，I/O数据流采用突发(Burst)方式。FFT Core采用Atlantic Interface协议，输入
接口视为主接收器，输出接口视为主发送器。具体接口定义如表1所示。

表1 FFT Core接口信号定义

信号	方向	描述
clk	输入	FFT系统时钟信号
reset	输入	FFT高有效同步复位信号
master_sink_dav	输入	主接收器数据有效信号
master_sink_ena	输出	主接收器写使能信号
master_sink_sop	输入	输入数据包起始位指示信号
inv_i	输入	转换方向控制信号
date_real_in[M-1...0]	输入	输入实部数据
data_imag_in[M-1...0]	输入	输入虚部数据
fft_real_out[M-1...0]	输出	输出实部数据
fft_imag_out[M-1...0]	输出	输出虚部数据
exponent_out[5...0]	输出	有符号数据块指数
master_source_dav	输入	子接收器接收有效指示信号
master_source_cna	输出	主发送器使能信号
master_source_sop	输出	输出数据包起始位
master_source_eop	输出	输出数据包结束位

     具体的工作流程：系统复位后，数据源将master_sink_dav置位，表示有采样数据等待输入；作为回应，FFT Core将master_sink_ena置位，表示可以接收输入数据；数据源加载第一个复数数据，同时master_sink_sop置位，表示输入数据块的起始；下一个时钟，master_sink_sop被清零，输入数据按照自然顺序被加入。输入数据达到256点时，系统自然启动FFT运算。通过inv_i信号的置位/清零可以改变单个数据块的FFT转换方向，inv_i信号必须和master_sink_sop信号严格同步。当FFT转换结束时，子接收器已经将master_source_dav信号置位，表示子接收器可以接收FFT的转换结果；同时，master_source_ena信号置位，FFTCore按照自然顺序输出运算结果；在输出过程中，
master_source_sop和master_source_eop信号被置位，表示输出数据块的起始和结束。详细的描述参见文献[4]。

3.2 控制器与后处理单元
    控制器大体可分为三个部分：输入缓冲控制(c_i)、FFT运算控制(c_f)、输出缓冲控制(c_o)。c_i为输入缓冲器提供读/写地址和相应的读/写
控制信号；c_f为FFT运算器提供控制信号，严格控制FFT Core的工作时序;c_o为输出缓冲器提供读/写地址及读/写控制信号。控制器通过VHDL语言编程的状态机方式可以轻易实现。
    后处理单元其实是式(2)和式(3)的硬件实现，具体的原理如图2所示。
 
图2后处理单元原理图
    图中标识“mux”、“+”、“-”、“1/2”分别表示选择器、加法器、减法器和除法器，dr、di、dnr、dni分别与式(1)和式(2)中的Zr(k)、
Zi(k)、Zr(N-k)、Zi(N-k)相对应。当sel等于0时，提取第一路实序列的频谱数据G(k)，实现式(1)功能；当sel等于1时，提取第二路实序列的频谱数据，实现式(2)功能。

3.3 求模运算器
    由于工程只要求求平方根，不涉及角度的计算，因此，CORDIC的角度计算部分没有给出，但这并不会影响到幅度的计算。整个CORDIC采用全流水线结构，设计总共有16级流水线单元，各流水线单元结构相似。CORDIC流水线结构如图3所示。

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