基于fpga的fft的设计与实现

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1、信息与通信工程学院综合实验（1）设计报告基于FPGA的FFT设计与实现学号：S309080034专业：光学工程学生姓名：彭欢任课教师：钟志副教授2010年7月基于FPGA的FFT的设计与实现彭欢信息与通信工程学院摘要：本文主要研究如何利用FPGA实现FFT处理器，包括算法选取、算法验证、系统结构设计、各个模块设计、FPGA实现和测试整个流程。设计采用基-2按时间抽取算法，以XILINX公司提供的ISE6.1为软件平台，利用VerilogHDL描述的方式实现了512点16bist复数块浮点结构的FFT系统，并以FPGA芯片场VirtexIIXC2V1000为硬

2、件平台，进行了仿真、综合等工作。仿真结果表明其计算结果达到了一定的精度，运算速度可以满足一般实时信号处理的要求。关键词：快速傅立叶变换，现场可编程门阵列，块浮点，VerilogHDL1引言目前，FFT己广泛应用在频谱分析、匹配滤波、数字通信、图像处理、语音识别、雷达处理、遥感遥测、地质勘探和无线保密通讯等众多领域。在不同应用场合，需要不同性能要求的FFT处理器。在很多应用领域都要求FFT处理器具有高速度、高精度、大容量和实时处理的性能。因此，如何更快速、更灵活地实现FFT变得越来越重要。在过去很长一段时间，DSP处理器是DSP应用系统核心器件的唯一选择。尽管

3、DSP处理器具有通过软件设计能适用于实现不同功能的灵活性，但面对当今速度变化的DSP应用市场，特别是面对现代通信技术的发展，DSP处理器在处理速度上早已力不从心。与DSP相比，FPGA实现FFT的主要优越性有：(1)、FPGA实现数字信号处理最显著的特点就是高速性能好。FPGA有内置的高速乘法器和加法器，尤其适合于乘法和累加等重复性的DSP任务。(2)、FPGA的存储量大。DSP内部一般没有大容量的存储器，但是FTF实时处理运算需要存储大量的数据，只能外接存储器，这样往往会使运算速度下降，同时电路也会更复杂和不稳定。目前，高档的FPGA中有巨量的高速存储器，

4、不用外接存储器便可实现FFT实时处理运算，其速度更快，电路更简单，集成度和可靠性也大幅度提高。(3)、FPGA是硬件可编程的，比DSP更加灵活。DSP往往需要外部的接口和控制芯片配合工作，FPGA则不需要，这样使得硬件更简单和小型化。(4)、在比较FPGA和DSP时，一个极为重要的系统参数是输入/输出(1/0)带宽。除了一些专用引脚外，FPGA上几乎所有的引脚均可供用户使用，这使得FPGA信号处理方案具有非常高性能的FO带宽。大量的FO引脚和多块存储器可让系统在设计中获得优越的并行处理性能。2现场可编程门阵列(FPGA)技术2.1FPGA器件简介FPGA即现

5、场可编程门阵列，它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA结合了微电子技术、电路技术、EDA技术，使设计者可以集中精力进行所需逻辑功能的设计，缩短设计周期，提高设计质量。FPGA己经在计算机硬件、工业控制、遥感遥测、雷达声纳、数据处理、智能仪器仪表、广播电视、医疗电子和现代通信等多种领域中得到广泛应用，FPAG开发技术，己经成为数字系统的教学实践、科研试验、样机调试和中小批量生产的首选方案。1.1.1FPGA的基本结构FPGA采用了逻辑单元阵列LCA这样一个新概念，内部一般是由可

6、配置逻辑模CLB、可编程输入/输出模块IOB和互连资源ICR及一个用于存放编程数据的静态存储器SRAM组成，以XILNIX公司的XC4000，基本结构如图2.1所示。图2.1XC4000系列FPGA基本结构1.1.2FPGA器件的性能特点FPGA器件的性能特点主要有：(1)、采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。(2)、FPGA提供丰富的I/O引脚和触发器，集成度远远高于可编程阵列逻辑(PAL)器件。(3)、FPGA器件结构灵活，内部的CLB、IOB和ICR均可以编程，可以实现多个变量的任意逻辑。(4)、某些器件提供片内高速R

7、AM，可用于FIFO等设计。(5)、基于SRAM编程技术，具有高密度、高速度、高可靠性和低功耗的特性。(6)、FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。1.2基于FPGA的系统开发以XILNIX为例，FPGA设计的一般流程包括设计输入、功能仿真、设计实现、时序仿真、器件编程与测试几个步骤。设计流程图如图2.2所示。图2.2FPGA设计流程(l)、设计输入:主要输入方法有硬件描述语言和原理图，结构向导(ArchitrctureWizard)和核生成器(CoreGeneartor)可以辅助设计输入。(2)、功能仿真:功能仿真没有器件

8、内部逻辑单元和连线的实际延时信息，只是初步验证系统的