FFT处理器设计：FPGA实现与自动化生成

"这篇文档是国立台湾科技大学电机工程系硕士论文，主题是'FFT IP产生器设计与实作'，作者卢欣伯，指导教授姚嘉瑜博士。论文旨在研究并设计一个能够快速生成不同运算点数FFT处理器的IP生成器，范围从8点到8192点，以Verilog代码形式自动生成，并包含内置自我测试功能，以提高IP的可靠性。验证平台采用的是北瀚科技的FPGA芯片Altera Stratix II EP2S60F1020C5NKFPGA。关键词包括：硅知识产权、快速傅里叶变换、内置自我测试。" 本文档详细阐述了在FPGA（Field-Programmable Gate Array）上实现快速傅立叶变换（FFT）的方法。FFT是一种用于计算离散傅立叶变换的高效算法，广泛应用在通信系统中，如信号处理、频谱分析等领域。由于不同的应用场景需要不同运算点数的FFT处理器，因此，设计一个能够根据需求快速生成相应FFT IP核（ Intellectual Property core）的工具具有很高的实用价值。 在论文中，作者首先分析了不同运算点数的FFT处理器的运算规律性和模块化硬件架构。这通常涉及到蝶形运算单元、复数乘法器以及位反转等核心组件。然后，选择了一种结构简单的流水线（Systolic Array Flow-through, SDF）架构作为FFT IP生成器的基础，因为SDF架构能够有效地平衡硬件资源和计算效率。 接下来，作者实现了这个生成器，它能自动生成8点到8192点的FFT IP，同时考虑了输入数据的不同位宽。这种自动生成的IP核不仅包含了必要的计算逻辑，还集成了一个内置自我测试电路，以确保FFT运算的正确性和IP的可靠性。自我测试电路通常包括一些已知的输入测试序列，通过比较预期的输出和实际计算结果来验证FFT IP的功能。 为了验证设计的有效性，论文中提到的FFT IP在北瀚科技的验证平台上进行了硬件验证，所选用的FPGA是Altera Stratix II EP2S60F1020C5NKFPGA。这种验证过程对于确保设计满足性能和功能要求至关重要。 这篇论文对理解如何在FPGA上实现可配置的FFT处理器提供了深入的见解，同时强调了设计自动化和内置自我测试在现代数字系统设计中的重要性。这样的工作对于缩短系统开发时间，提升设计效率，以及保证硬件IP的质量有着显著的贡献。