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1、《现代电子技术》2009年第14期总第301期þ集成电路ü基于FPGA的64点FFT处理器设计12任炳宇,战荫伟(1.广东工业大学信息工程学院广东广州510006;2.广东工业大学计算机学院广东广州510006)摘要:采取基24按频率抽取FFT算法,设计一种可在FPGA上实现的64点、32位长、定点复数FFT处理器。基24蝶形运算单元中采用六级流水线设计,并行处理4路输入/输出数据,能极大地提高FFT的处理速度。该设计采用VHDL描述的多个功能模块,经ModelSim对系统进行逻辑综合与时序仿真。实验证明,利用FPGA实现64点FFT,运算
2、速度快,完全可以处理高速实时信号。关键词:FPGA;基24FFT算法;64点FFT;VHDL中图分类号:TN409文献标识码:B文章编号:10042373X(2009)142001203Designof642pointFFTProcessorBasedonFPGA12RENBingyu,ZHANYinwei(1.FacultyofInformationEngineering,GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou,510006,China;2.FacultyofComputer,Guangdong
3、UniversityofTechnology,Guangzhou,510006,China)Abstract:Inthisarticle,theprocessorisdesignedfor64point,32b,fixed,complexFFTinFGPAbasedontheradix4FFTDIFalgorithm.Thesixlevelspipelinestructureandfourparalleldataareusedintheradix24butterflymodule.Themainpurposeofusingthesetech
4、niquesisgetbetterperformancebybalancingthespeedandthepowerconsume.ThisdesignhassomefunctionblocksbasedonVHDL,andsynthesizedandtiming2simulatedwiththesoftwareModelSim.Thesimulationre2sultshowsthatthe642pointFFTprocessorisfastenoughforprocessinghigh2speedandreal2timesignals.
5、Keywords:FPGA;radix4FFTalgorithm;642pointFFT;VHDL存在运算周期长,结构复杂,硬件资源耗费大等缺陷。0引言采用64点FFT可以通过优化结构来快速处理多点数DFT作为DSP领域中时域和频域转换的基本运数据。目前设计的64点FFT处理器主要采用以专用算,存在运算量太大的缺点,导致其应用受到局限。[4]处理单元取代常规FFT处理单元的方法,或者按照DFT快速算法FFT的提出,简化了DFT的运算过固定几何结构设计FFT处理器的方法[5]。这里所介绍[1]程,使其在实时信号处理领域中得到广泛应用。FFT的
6、64点FFT处理器是在固定几何结构设计方法的基实现的方法包括软件实现和硬件实现两种。采用软件础上加以改进,将输入的64点数据均匀分成8组,并行实现FFT的方法存在计算慢,实现过程复杂等缺点,所输入给FFT运算单元,进行FFT运算。通过对蝶形运以目前比较流行的方式是采用硬件实现FFT。硬件实算单元进行优化设计,所设计的64点FFT处理器模块现的具体方法可以分为ASIC方法、FPGA方法、DSP较之以往的FFT模块,节省了硬件资源,提高了运算效方法和通用处理机方法等。率。通过ModelSim仿真实验证明,在外部工作时钟频FPGA是20世纪80年
7、代中期出现的一种新的电率为40MHz下,对随机生成的序列进行64点FFT运子设计自动化技术,具有集成度高,逻辑实现能力强,设算处理,运算时间为10μs,缩短了现有FFT模块的运计灵活等优势。在FPGA上实现数字信号处理,即用算时间。纯数字逻辑进行DSP模块设计,为高速数字信号处理[2]算法提供了实现途径。在此,采用FPGA方法设计1按频率抽取的基4FFT算法原理[3]64点FFT处理器。对于序列长度为N(N为2的整数次幂)的FFT算现有的FFT模块可以对多点数据进行运算,但是法主要有基22FFT和基24FFT两种。计算一次基22FFT需要二
8、次复乘和两次复加;计算一次基24FFT需收稿日期:2008212223基金项目:国家自然科学基金资助项目:基于多尺度几何分析要三次复乘和八次复加。从运算次数上看,基22FFT的可
