FPGA实现64点FFT处理器设计与优化

该资源是一篇关于基于FPGA的64点FFT处理器设计的硕士学位论文，作者任炳宇，指导教师战荫伟，研究领域为信号与信息处理。论文探讨了数字信号处理中的离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法FFT在FPGA上的实现，特别关注64点FFT处理器的硬件设计。 正文: 随着数字电子技术和集成电路设计的进步，数字信号处理在诸如图像处理等多个领域得到广泛应用。DFT作为一种基础的时域与频域转换运算，在数字信号处理（DSP）中扮演着关键角色。然而，DFT的计算量巨大，限制了其实际应用。FFT（快速傅里叶变换）的提出克服了这一问题，简化了DFT运算，从而拓宽了DFT的应用范围。 FFT的实现途径分为软件和硬件实现。软件实现虽然灵活，但存在计算速度慢和实现复杂度高的问题。因此，硬件实现成为主流，包括ASIC、FPGA、DSP和通用处理器等方法。本文选择FPGA作为64点FFT处理器的实现平台。在深入理解FFT理论的基础上，考虑到不同FFT算法的运算量和控制复杂性，选择了基于频率抽取的基-4算法。基-4算法因其运算效率较高而被选用。 在电路设计上，论文优化了蝶形运算单元，提升了运算速度并降低了复杂性。此外，结合基-4 FFT的运算特性，设计了控制单元、蝶形运算单元和存储单元等关键部分，确保了FFT运算的高效进行。设计流程遵循FPGA的标准步骤，如使用先进的EDA工具进行RTL编码、功能仿真、逻辑综合、静态时序分析和自动布局布线。 经过ModelSim进行逻辑综合和时序仿真，结果显示当外部时钟频率为40MHz时，该64点FFT处理器能在2μs内完成随机生成序列的定点运算。这一实验证明，FPGA实现的64点FFT处理器运算速度快，能满足高速实时信号处理的需求。 关键词涉及基-4 FFT算法、FPGA、FFT处理器、蝶形运算以及64点FFT。该论文的研究对于理解和实现FPGA上的高效FFT处理提供了有价值的参考，对于信号处理领域的工程实践具有重要意义。