1024点基4fft处理芯片及接口设计研究

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1、东南大学硕士学位论文1024点基4FFT处理芯片及接口设计研究姓名：李伟申请学位级别：硕士专业：电路与系统指导教师：朱恩20090301摘要快速傅立叶变换(FFT)是数字信号处理领域核心算法之一，可以通过FPGA，DSP和ASIC等多种方式来实现硬件设计。FFT专用芯片广泛应用于宽带OFDM系统，ADSL调制器，数字电视，雷达及声纳信号处理系统等，在高精度高速实时性环境更是首要选择。因此高性能专用FFT处理芯片设计具有重要意义。本文研究的1024点FFT处理芯片设计是基于TSMC0．18IlmCMOS标准单元库的半定制ASIC设计，采用自项向下与自底向上相结合

2、，以关键模块为设计对象的设计方法，使用VerilogHDL描述系统，在Modelsim、DesignCompiler和Astro等电子设计自动化(EDA)工具中完成。在高速度要求下，文章分析了基．2算法与基4算法的优缺点，并在此基础上分析了原位存取运算和固定结构运算的原理，最终确定采用基_4算法，固定结构设计系统。文章分析了数字系统的基本结构和高速ASIC设计的方法，在此基础上，将本设计整个系统划分为：蝶形运算单元，系统控制器，运算数据存储与寻址系统，旋转因子存储与寻址以及数据总线交换器。其中蝶形单元是关键模块，采用全流水线结构，控制系统采用顶层控制和低层控制

3、相结合的方式。系统架构和各个模块采用Verilog实现RTL编码，并完成相应的功能仿真，然后经过FPGA验证证明了设计的正确性和硬件可实现性。按照设计要求，使用TSMC0．18I．tm工艺的标准单元库，通过DesignCompiler工具对整个系统进行逻辑综合，并完成相关的形式验证和静态时序分析。综合结果满足设计目标要求，系统能够稳定运行于120Mhz，完成1024点浮点复数FFT运算需要11．6I．ts。综合后使用Astro工具完成布局布线。文章最后提出了对接口改进的设想。本文通过对1024点FFT处理芯片的设计研究，积累了大量设计经验，为实现更高性能的FF

4、T处理器打下坚实的基础，同时掌握了半定制方式设计芯片的整体过程，为ASIC芯片开发做好充足准备。关键字：基_4F兀'算法，固定寻址结构，蝶形单元，浮点加法器，浮点乘法器，Booth编码，逻辑综合，布局布线，I／O口设计AbstractFastFourierTransform(FFT)isoneofthemostimportanttransformalgorithmsindigi【talsignalprocessingfeld．ItcanbeimplementedbyDSP,FPGAandASIC．Amongthese，ASICFFTprocessoriswid

5、elyusedinwidebandOFDMsystem，ADSLmodulator,digitalTV,especiallyintheoccasionsthatneedhighprecision，high—speedandhighreal-time(radarandsonarsystem)．SoitisvaluabletoresearchthehighperformanceFFTprocessingchip．1024-pointFFTchipinthispaperisdesignedinthewayofcombiningtop-downandbottom-up

6、designmethods，basedonTSMC0．18¨mCMOSStandardCellsLibrarysemi-customASICdesign．Thekeymodulesaredesignedspeciallyandfinallymakeupthewholesystem．ThechipisdescribedinVerilogHDL，andfinishedbyEDA(ElectronicDesignAutomatic)tools，suchasModelsim，DesignCompiler,andAstroetc．Radix-4FFTalgorithmi

7、sadoptedtoachievehighperformance，aftercomparingwithradix-2FFTalgorithm．Thenthepaperanalysesthein-placemodeF兀’processflowandthefix-architectureFFrprocessflow．AndthelaterisappliedinthecurreatF兀’processsystem．Thenthegeneralarchitectureofdigitalsystemandthewaysforhigh-speedASICarepresen

8、ted．Basedonthese，th