【摘 要】
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在实时信号处理过程中,因为快速傅里叶变换算法（Fast Fourier Transform,FFT）运算量远小于加速离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform,DFT）的特点,FFT得到人们的广泛应用。然而随着时代的发展,人们对于信号的实时性要求越来越高,单单靠FFT算法有时候满足不了工程上的需求,于是有人推算出了滑动FFT算法,该算法相较于FFT算法有着更高的实时性,所
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在实时信号处理过程中,因为快速傅里叶变换算法（Fast Fourier Transform,FFT）运算量远小于加速离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform,DFT）的特点,FFT得到人们的广泛应用。然而随着时代的发展,人们对于信号的实时性要求越来越高,单单靠FFT算法有时候满足不了工程上的需求,于是有人推算出了滑动FFT算法,该算法相较于FFT算法有着更高的实时性,所以滑动FFT处理器有着极强的现实意义和应用价值。本文从FFT算法运算量、硬件结构等方面着手,深入研究了不同的FFT算法、FFT硬件实现结构和影响处理器性能的因素等,在上述工作的基础上设计了一种2-D滑动FFT处理器。使用Xilinx Virtex7 2000T型FPGA为平台搭建验证环境,在TSMC 28nm工艺下完成逻辑综合与后端实现。仿真以及验证结果表明,本文设计的2-D滑动FFT处理器所有功能正确并且满足项目设计的目标。本文的主要研究工作:1.研究并分析多种FFT算法的算法原理、算法复杂度、运算量以及硬件实现的难易度,分析4种常用的FFT处理器架构的优缺点,根据需求使用一种2-D滑动FFT架构来实现1-D滑动FFT运算。该架构简化算法计算,减少运算周期,减少资源消耗,简化地址控制规则。根据需求选择阵列处理结构来作为本文设计的FFT计算的硬件结构。2.本文设计的基-16 FFT运算核可以根据配置信息完成不同计算模式的切换,设计了2-D FFT结果数存储的无冲突地址规则,适用于输出的吞吐量大于输入的情况。使用高基Booth编码优化浮点数乘法器,优化其逻辑结构,提高整个工程的工作频率。3.本文在Xilinx Virtex7 2000T FPGA上完成对FFT处理器的硬件测试验证工作,由验证结果可知,所设计的2-D滑动FFT处理器支持32位单精度浮点数的FFT运算,滑动窗长度为64-256,滑动步长为4-16,平均误差达到10-5,信噪比在120d B以上。论文也完成了在TSMC 28nm工艺下的逻辑综合和后端实现工作。
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