1024点浮点流水线型FFT IP核设计

摘要

目前，随着雷达、通信、图像处理等领域的迅速发展，对信号处理技术的实时性、高速性、准确性、大容量运算等特性提出了更高的要求。而快速傅里叶变换（FFT）作为数字信号处理中最基本的变换，是数字信号处理的核心，如何设计高速、高精度的FFT IP核成为国内外研究人员研究的重点。
　　论文采用基22 SDF结构完成了1024点32位浮点数FFT IP核的设计。首先利用Matlab验证了其结构的可行性，接着采用Verilog HDL语言实现蝶形运算单元和浮点数运算单元的设计，在保证各子模块验证无误的基础上搭建顶层模块，实现流水线型FFT IP核的设计。ModelSim与Matlab联合仿真结果表明所设计的FFT IP核功能正确。采用SMIC0.18μm工艺对本设计进行性能评估，时钟频率预测达到150MHz，完成1轮1024点32位浮点数 FFT运算时间为7.167μs。
　　为更进一步评估该IP核，采用Xilinx全可编程ZYNQ系列XC7Z020CLG484芯片搭建了基于千兆以太网的数据传输系统，实现了FPGA开发板与 PC机的通信。上位机程序基于Socket网络编程函数，利用Visual Studio完成服务器端的设计，下位机程序基于LwIP轻量级TCP/IP协议栈实现客户端程序设计。对接收到的数据进行处理，结果表明设计的FFT IP核功能正确。同时对所设计的FFT IP核处理结果进行误差分析，分析结果表明FFT IP核在设计精度方面满足设计要求。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 FFT研究发展现状

1.3 IP核复用技术及IP核分类

1.4 FFT的实现方式

1.5 本文的主要研究内容

第2章 FFT算法原理及其结构

2.1 离散傅立叶变换

2.2 快速傅立叶变换算法

2.3 快速傅立叶变换结构

2.4 本章小结

第3章FFT IP核设计

3.1 基22 SDF FFT设计原理

3.2 基22 SDF FFT结构的Matlab建模

3.3 FFT IP核模块设计及验证

3.4 FFTIP核整体仿真验证及性能评估

3.5 本章小结

第4章 FFT IP核的FPGA验证及以太网传输系统

4.1FFT IP核原型验证总体方案

4.2 数据传输系统的搭建

4.3 客户端程序设计

4.4 本章小结

第5章 总体测试及误差分析

5.1 基于TCP/IP协议服务器设计

5.2 FFT IP核的FPGA板级测试

5.3 结果对比与误差分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢