FFT（快速傅里葉變換）作為數字信號處理的核心算法具有重要的研究價值,，可應用于傅里葉變換所能涉及的任何領域,，如圖像處理,、音頻編碼,、頻譜分析,、雷達信號脈沖壓縮等數字信號處理領域。FFT的鮮明特征之一是計算離散傅里葉變換（DFT）的高效算法,，把計算N點DFT的乘法運算量從N2次降低到N/2*log2N次,。而采用FPGA實現FFT的緣由在于：FPGA具有并行處理、流水線處理,、易編程,、片上資源豐富等方面特點，用于實現高速,、大點數的FFT優(yōu)勢明顯,。

　　本設計使用的軟件編程環(huán)境是Xilinx公司的Vivado 2018.3，筆者將從FFT IP核的創(chuàng)建,，模塊文件的編寫,，波形仿真等方面來具體講解FFT在Xilinx FPGA上的實現。

　　1.FFT IP核的創(chuàng)建

　?。?）在Vivado軟件主界面,，打開IP Catalog,，在搜索框內輸入FFT，然后找到Digital Signal Processing->Transforms->FFTs目錄下的Fast Fourier Transform,，雙擊進入配置界面,。

　　（2）進入到配置界面,，左邊是IP核的接口圖,、實現的一些細節(jié)信息和FFT的延遲，右邊是Configuration,、Implementation和Detailed Implementation三個標簽卡,。

　　Vivado的FFT IP核支持多通道輸入（Number of Channels）和實時更改FFT的點數（Run Time Configurable Transform Length）。Configuration標簽下可設置FFT的點數（Transform Length）和工作時鐘（Target Clock Frequency）,，以及選擇一種FFT結構,。FFT的結構包括流水線Streaming、基4 Burst,、基2 Burst和輕量級基2 Burst,，它們的計算速度和消耗的資源依次減少，可根據工程實際進行選擇,。

　　Implementation標簽卡下可設置FFT的數據格式為定點Fixed Point或浮點Float Point,；輸出截位方式選擇：不截位（Unscaled），截位（Scaled）,，塊浮點（Block Floating Point）,；設置輸入數據的位寬和相位因子位寬。還有一些可選的附加信號,，如時鐘使能（ACLKEN）,，復位信號（ARESETn，低有效）等,?！癘utput Ordering”用以選擇FFT計算結果以自然順序（Nature Order）或位倒序（Bit/Digit Reversed Order）輸出。

　　Detailed Implementation里可設置優(yōu)化方式,、存儲的類型,。存儲類型分為兩種：Block RAM（塊RAM）和Distributed RAM（分布式RAM）;優(yōu)化方式可選擇資源最優(yōu)或者速度最優(yōu)。

　?。?）配置完成后,，可在Latency下看到計算fft所需的時間，可以以此衡量設計是否滿足實時處理的要求,。如不滿足,，可選擇性能更好的FFT結構或選擇可以提高運算速度的優(yōu)化選項

　　2.模塊文件的編寫

　　IP核工作必須要滿足一定的時序要求，所以需要將數據按照一定時序送入IP核。IP核交互是用AXI-Stream接口,，關于AXI-Stream接口的時序可自行查一些相關資料,，這里不做詳細介紹。簡言之,，AXI-Stream接口分為主機（master）和從機（slave）,，主機為發(fā)起端，從機為響應端,，只有ready信號和valid信號同時為高時數據才能被有效寫入或讀出,。舉個例子，主機檢測從機發(fā)出的ready信號,，當為高時將valid信號拉高即可從從機讀出或向從機寫入數據,。

　　利用modelsim進行功能仿真時我們將仿真時長設置為20us。為了直觀驗證fft是否正確,，可將輸入的時域數據的實部和做完fft后信號功率值的數據格式均設置為anolog（模擬）,，如下圖，可以看到fft后的功率譜為兩根獨立的譜線,，分別代表50Hz和200Hz兩個頻率點,，和matlab仿真結果一致。

　　對于該IP核更復雜的應用,，大家可以閱讀Xilinx官方提供的文檔,，根據自己的實際需要進行設計。

　　更多信息可以來這里獲取==>>電子技術應用-AET<<