基于FPGAFFT处理器设计.pdf

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- I - 摘 要 数字信号处理是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一。目前, 数字信号处理已经广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域。而离散傅立叶变换( DFT )作为数字信号处理中的基本变换,发挥着重要作用。但是由于离散傅立叶变换( DFT )的运算量太大,在提出之后的一段时间内并没有在实际工程中得到应用,直到快速傅立叶变换( FFT )算法的提出,减少了当 N 很大时的 DFT 运算量,才使得 DFT 在实际工程中得到具体的应用,这也进一步推动了数字信号处理技术的发展。 FFT 算法从出现到现在已经有四十多年的历史,算法理论已经趋于成熟,具体实现方法也不断的更新。在面向高速、大容量数据流的 FFT 实时处理时,可以通过数据并行处理或者采用多级流水线结构来实现。 本文分析了离散傅立叶变换及其快速计算方法 FFT 。对实际中常用的四种用来实现 FFT 处理器的硬件电路结构进行了介绍,分析了各自的特点。根据算法的特点和硬件结构实现的难易,选择了按时间抽取法中的基-2 FFT 算法和流水线工作方式的硬件结构来设计 FFT 处理器,这样结构在一定程度上提高了 FFT 处理器的处理速度,而且设计中采用 IEEE 单精度规格化浮点数的数据形式进行计算提高了计算的精度。选用 XILINX 公司的 Virtex II 系列 FPGA 芯片中的 XC2V8000 ,在 ISE 设计平台中使用 Verilog HDL 硬件描述语言设计流水线工作方式的 FFT 处理器,计算数据长度为1024 点。最后使用 MATLAB 计算软件对设计的 FFT 处理器进行了测试仿真,并对 FFT 处理器运算结果和 MATLAB 中 FFT 计算的理论值进行了对比,计算误差。仿真结果表明其计算结果达到了单精度浮点数的要求,运算速度可以满足实时信号处理的要求。 关键词:快速傅立叶变换,现场可编程门阵列,浮点数运算, Verilog HDL 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- II - Abstract Digital Signal Processing is one of the subjects expanding rapidly in the field of information science during the past severa l decades. At present, it has applied extensively in many subjects such munications, radar, sonar, speech and image processing etc. Discrete Fourier Transform (DFT) plays a very important role in Digital Signal Processing as the basic calculation. But it was not widely used in actual project because of its tremendous amount puting. Until the arithmetic of Fast Fourier Transform was presented which reduces the calculation quantity when N is a little great, the DFT arithmetic is widely used in actual project. It also further promotes the Digital Signal Proces sing technology developm ent. It has been more than forty years since FFT arithmetic firstly presented, the theory of FFT arithmetic is much mature today, and th e method of how to implement has been updated too. The real- putation of FFT with high-sp eed and large capacity of data flow can be implemented by parallel data processing or multi level pipeline processing. This article has a detailed analysis of D