可变点流水线结构FFT处理器的设计及其FPGA实现

摘要

随着电子技术和集成电路技术的飞速发展，数字信号处理已经广泛地应用于通信、信号处理、生物医学以及自动控制等领域中。离散傅立叶变换(DFT)及其快速算法FFT作为数字信号处理中的基本变换，有着广泛的应用。特别是近年来，基于FFT的ODFM技术的兴起，进一步推动了对高速FFT处理器的研究。 FFT 算法从出现到现在已有四十多年代历史，算法理论已经趋于成熟，但是其具体实现方法却值得研究。面向高速、大容量数据流的FFT实时处理，可以通过数据并行处理或者采用多级流水线结构来实现。特别是流水线结构使得FFT处理器在进行不同点数的FFT计算时可以通过对模块级数的控制很容易的实现。 本文在分析和比较了各种FFT算法后，选择了基2和基4混合频域抽取算法作为FFr处理器的实现算法，并提出了一种高速、处理点数可变的流水线结构FFT处理器的实现方法。利用这种方法实现的FFT处理器成功的应用到DAB接收机中，RTL级仿真结果表明FFT输出结果与C模型输出一致，在FPGA环境下仿真波形正确，用Ouaaus Ⅱ软件综合的最高工作频率达到133MHz，满足了高速处理的设计要求。

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声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2相关技术的发展和研究现状

1.2.1 FFT算法的研究现状

1.2.2 FFT处理器的研究现状

1.2.3 FPGA的发展现状

1.2.4 OFDM技术与数字音频广播

1.3论文工作

第二章FPGA技术及Altera Stratix Ⅱ系列器件

2.1 FPGA技术概述

2.1.1 FPGA的产生和发展

2.1.2 FPGA的优点

2.1.3 FPGA的实现原理和器件结构

2.2 Stratix Ⅱ系列FPGA介绍

第三章硬件描述语言Verilog HDL

3.1硬件描述语言HDL

3.2 Verilog HDL的产生和发展

3.3基本结构与特点

3.4 Verilog HDL语言设计步骤

3.5 小结

第四章离散傅立叶变换与FFT算法

4.1离散傅立叶变换

4.2 FFT算法

4.2.1基2时域抽取FFT算法

4.2.2基2频域抽取FFT算法

4.3本课题中采用的FFT算法

第五章FFT处理器的实现结构

5.1概述

5.2单蝶形运算单元FFT处理器

5.3流水线结构FFT处理器

5.4小结

第六章FFT处理器的设计与优化

6.1概述

6.2流水线结构设计

6.2.1数据转接单元和蝶形运算单元的设计

6.2.2数据转接单元和蝶形运算单元的优化

6.2.2复数乘法器设计

6.3旋转因子的存储与读取

6.4 FFT运算中的数据表示与溢出控制

6.4 小结

第七章系统仿真与测试

7.1 RTL级功能仿真与逻辑综合

7.1.1 RTL级仿真和验证

7.1.2 RTL级代码的逻辑综合

7.2 FPGA仿真与测试

7.3小结

第八章总结与展望

8.1总结

8.2展望

致谢

参考文献

在读期间的研究成果