混合基FFT处理器的设计与FPGA实现

发布时间：2021-04-20 00:30

　　在高精度和高分辨率雷达成像等系统中,快速傅里叶变换算法（FFT）因其具备较高的信号量化噪声比而得到了广泛应用,加速FFT运算执行速度有极强的现实意义。本文以异构多核SoC为载体,设计了一种一维、二维混合架构多基FFT处理器,并以Xilinx Virtex7 FPGA为验证平台,对本设计进行了验证,结果表明所设计的FFT处理器功能正确且达到系统设计要求。本文的主要研究工作如下:1.研究分析了FFT的多种算法原理及复杂度和一维、二维硬件实现结构。考虑到FFT处理器性能,本设计选择基-2、基-3和混合基算法作为实现算法,采用一维顺序递归、并行迭代和二维混合硬件架构作为实现架构。2.本设计的混合基FFT处理器中,蝶形运算器为可重构蝶形运算器,复用了加法器和乘法器,可以由控制器配置为两个并行的基-2蝶形运算器或者一个基-3的运算器,节约硬件资源。设计了对应的无冲突地址规则,优化RAM存储资源。3.本设计在Xilinx的XC7V2000T FPGA芯片上搭建了硬件测试系统,其FPGA硬件测试结果表明,本设计支持基-2、基-3和混合基模式FFT变换,执行速度达到给定蝶乘器数量下的理论周期值,对单精度... 

【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 快速傅里叶发展现状
        1.2.1 快速傅里叶变换发展历程
        1.2.2 快速傅里叶变换算法研究现状
        1.2.3 国内外研究现状
    1.3 本文研究的主要内容
    1.4 课题来源
第二章 FFT理论算法与硬件实现
    2.1 离散傅里叶变换原理
    2.2 快速傅里叶变换算法分类
        2.2.1 基-2FFT算法
        2.2.2 基-3FFT算法
        2.2.3 混合基算法
    2.3 FFT处理器硬件架构
        2.3.1 FFT一维处理器架构
        2.3.2 FFT二维处理器架构
    2.4 本章小结
第三章 FFT处理器设计方案
    3.1 FFT处理器架构
    3.2 FFT工作原理
        3.2.1 FFT结构示意图
        3.2.2 FFT运算流程
        3.2.3 FFT运算结构
        3.2.4 地址无冲突生成
    3.3 地址生成单元
    3.4 可重构蝶形运算单元
    3.5 FFT数据流程图
    3.6 旋转因子生成单元
    3.7 逆FFT（IFFT）
    3.8 本章小结
第四章 FFT处理器系统设计与实现
    4.1 一维FFT处理器
        4.1.1 一维FFT处理器系统架构
        4.1.2 一维FFT运算单元
        4.1.3 一维FFT控制器设计
    4.2 二维FFT处理器
        4.2.1 二维FFT处理器系统架构
        4.2.2 二维FFT算法原理
        4.2.3 二维FFT控制器设计
    4.3 一维/二维FFT混合处理器
        4.3.1 一维/二维FFT混合处理器系统架构
        4.3.2 一维/二维FFT混合处理器运算流程
        4.3.3 数据传输单元实现
        4.3.4 三组RAM乒乓切换操作
        4.3.5 一维/二维FFT混合处理器控制器设计
    4.4 本章小结
第五章 FFT处理器验证
    5.1 验证方案
    5.2 RTL级功能仿真
        5.2.1 FFT控制器仿真
        5.2.2 地址生成单元仿真
    5.3 FFT运算误差
    5.4 FPGA验证
        5.4.1 FPGA验证平台
        5.4.2 硬件资源分析
        5.4.3 板级调试
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动基成果情况



本文编号：3148617