基于fpga的fft硬件架构设计与实现

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1、学号：S13040413硕士学位论文基于FPGA的FFT硬件架构设计与实现研究生姓名：杜兆胜学科、专业：电子科学与技术二○一六年三月分类号：TN47密级：可公开UDC:621.38编号：基于FPGA的FFT硬件架构设计与实现DesignandImplementationofFFTHardwareArchitectureBasedonFPGA学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：电子科学与技术（0809）研究方向：光电传感与光电探测技术申请学位级别：工学硕士指导教师：孙俊喜教授研究生：杜兆胜论文

2、起止时间：2014.11—2015.12基于FPGA的FFT硬件架构设计与实现摘要本文设计并实现一种基于FPGA的高速可配置FFT处理器，充分利用FPGA并行运算的优点，不仅能够实现64~2048个点的FFT运算，还可以提高运算速度和可操作性。在综合考虑运算复杂度和控制难度的基础上，采用了基于频率抽取的基-4和基-2混合基算法。本设计中每一级蝶形运算都可以在部分数据完成计算和存储之后就开始新一级运算，不用等待所有运算数据计算并存储完成之后开始，这样就做到了多级运算交叉进行，可以进一步提高FFT运算速度。为了避免出现蝶形运

3、算结果溢出的现象，本文设计了一种溢出控制机制。本文通过信号流图和数据表格详细分析了多种FFT算法的特性，列举了多种硬件实现结构，对RTL级的设计做了具体阐述，给出了FPGA实现及前后仿结果，验证了整个系统以及各功能模块的正确性。关键词：FFT，FPGA，多级运算，溢出IDesignandImplementationofFFTHardwareArchitectureBasedonFPGAABSTRACTThispapertakesfulladvantageofFPGAparallelcomputing,designinga

4、ndimplementsinghigh-speedconfigurableFPGA-basedFFTprocessor.Whichnotonlytoachieve64to2048pointFFToperation,butalsocanimprovetheoperationspeedandmaneuverability.Afterconsideringthecomplexityoftheoperationandthedifficultyofcontrol,themixedradix-2andradix-4decimatio

5、ninfrequencyFFTalgorithmischosentoimplementtheFFTprocessor.Aftercompletingthecalculationandstorageofapartofthedata,eachlevelofbutterflyoperationcanstartanewlevelofoperationwithoutwaitingforcompletingstorageofallthedata.Whichcanachieveamulti-stageoperation,andimpr

6、ovethespeedoftheoperation.Inordertoavoidanoverflowphenomenoninbutterflyoperation,thispaperdesignsamechanismtocontrolit.ThepaperanalyzesthecharacteristicsofavarietyofFFTalgorithmindetailthroughalotofsignal-flowdiagramsanddatatables.Italsopresentsdetailedexpatiatio

7、nfortheprocessoraboutavarietyofhardwarestructure,RTL-leveldesignandmethod.Atlast,thispaperpresentsFPGAimplementationandpost-layoutsimulationresults,verifyingthecorrectnessofthewholesystemandeveryfunctionalmodule.Keywords:FFT,FPGA,Multi-stageoperation,OverflowII目录

8、摘要............................................................................................................................IABSTRACT........................