3 FFT運(yùn)算器的實(shí)現(xiàn)

FFT 運(yùn)算器采用FFT MegaCore 實(shí)現(xiàn)，用Quartus Ⅱ仿真軟件設(shè)計(jì)時(shí)產(chǎn)生的FFT MegaCore 模塊圖如圖4 所示[5]。這里采用器件為Altera 公司的Stratix 系列，變化域長(zhǎng)度設(shè)置為6 4 ，數(shù)據(jù)量精度為2 4 b i t ，旋轉(zhuǎn)因子量化精度為24bit。引擎結(jié)構(gòu)可以選四輸出，I/O數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)選連續(xù)型[3]。在工程中，設(shè)計(jì)者也可以根據(jù)實(shí)際情況選擇其他的參數(shù)設(shè)置。

圖4 FFT MegaCore模塊

在F P G A 硬件設(shè)計(jì)中，一個(gè)乘法器占用的資源要遠(yuǎn)大于一個(gè)加法器占用的資源，而該模塊主要是完成復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算，我們則可以通過(guò)數(shù)學(xué)變換減少乘法器的數(shù)量。例如兩個(gè)復(fù)數(shù)a+jb 和c+jd 的乘積結(jié)果e+jf，其中e=ac-bd，f=ad+bc，變換得e=(a+b)c-b(c+d)，f=(a+b)c-a(c-d)，可以看出實(shí)際上是增加三個(gè)加法器來(lái)減少一個(gè)乘法器。

FFT MegaCore 端口定義如下。

clk:輸入，F(xiàn)FT 系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào);

reset:輸入，F(xiàn)FT高有效同步復(fù)位信號(hào)，低時(shí)FFT工作;

master_sink_dav:輸入，指示主接收器數(shù)據(jù)有效信號(hào);

master_sink_sop:輸入，輸入數(shù)據(jù)包起始位置指示信號(hào);

inv_i:輸入，轉(zhuǎn)換方向控制信號(hào)，低有效時(shí)做FFT，高有效時(shí)做IFFT;

data_real_in[23..0]:輸入，輸入實(shí)部數(shù)據(jù);

data_imag_in[23..0]:輸入，輸入虛部數(shù)據(jù);

master_source_dav：輸入，指示FFT 模塊收到的數(shù)據(jù)是否有效;

master_sink_ena：輸出，指示數(shù)據(jù)是否寫(xiě)入輸入緩存中;

fft_real_out[23..0]：輸出，輸出實(shí)部數(shù)據(jù);

fft_imag_out[23..0]：輸出，輸出虛部數(shù)據(jù);

master_source_ena：輸出，指示輸出數(shù)據(jù)是否有效;

master_source_sop：輸出，輸出數(shù)據(jù)包起始位置指示信號(hào);

master_source_eop：輸出，輸出數(shù)據(jù)包結(jié)束位置指示信號(hào);

exponent_out[5..0]：輸出，每一個(gè)數(shù)據(jù)輸出時(shí)的一個(gè)比例因子，用來(lái)保持?jǐn)?shù)據(jù)精度和內(nèi)部最大信噪比。工作流程:系統(tǒng)復(fù)位后，數(shù)據(jù)源將master_sink_dav 置位，表示有數(shù)據(jù)等待輸入;作為回應(yīng)FFT Core 將master_sink_ena 置位，表示可以接收數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)源加在第一個(gè)復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，同時(shí)master_sink_sop 置位，表示輸入數(shù)據(jù)包起始位置;下一個(gè)時(shí)鐘，master_sink_sop 被清零，輸入數(shù)據(jù)按順序加入，輸入數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)置值時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)FFT 運(yùn)算。通過(guò)inv_i 信號(hào)的置位和清零可以改變單個(gè)數(shù)據(jù)包的FFT 轉(zhuǎn)換方向，inv_i必須與master_sink_sop嚴(yán)格同步。當(dāng)FFT轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)master_source_ena置位，輸出運(yùn)算結(jié)果;在輸出過(guò)程中master_source_sop和master_source_eop信號(hào)被置位，表示輸出數(shù)據(jù)包的起始位置和結(jié)束位置;e x p o n e n t_out 為比例因子，是IP Core 通過(guò)每一次參數(shù)的設(shè)定自動(dòng)計(jì)算出來(lái)的，對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)包來(lái)講，它產(chǎn)生的e x p o n e n t_out 的值是不同的。

4 結(jié) 論

本文介紹了一種采用Altera 公司的FFT MegaCore 實(shí)現(xiàn)快速傅里葉變換的方法，該方法非常簡(jiǎn)單，能進(jìn)一層次簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)的流程，縮短工程開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約成本，因此在實(shí)際工程中是一種很好的應(yīng)用。