FPGA实现的64点FFT处理器设计——基于基-4 FFT算法

"这篇硕士学位论文主要探讨了基于FPGA的64点FFT处理器设计，作者通过分析快速傅立叶变换理论，选择了按频率抽取的基-4算法，并对其进行了优化设计，包括对蝶形运算单元的改进，以及设计了控制单元、蝶形运算单元和存储单元等关键部分。论文中介绍了采用FPGA设计流程，利用先进的EDA工具完成了RTL编码、功能仿真、逻辑综合、静态时序分析和自动布局布线等步骤。经过ModelSim进行逻辑综合和时序仿真，该处理器在40MHz外部时钟频率下，对64点序列进行FFT运算的时间仅为2μs，证明了其高速实时处理能力。关键词涉及基-4 FFT算法、FPGA、FFT处理器、蝶形运算和64点FFT。" 本文详细阐述了数字信号处理在现代电子技术中的广泛应用，特别是离散傅里叶变换（DFT）的重要地位。尽管DFT在转换时域和频域数据方面至关重要，但其庞大的运算量限制了其实际应用。为了解决这个问题，快速傅里叶变换（FFT）被提出，它极大地简化了DFT的运算过程，使得DFT在图像处理等多个领域得到了更广泛的运用。 在硬件实现FFT的方法中，FPGA由于其可编程性和灵活性，成为了常用的选择。论文作者任炳宇选择FPGA作为64点FFT处理器的基础，深入研究了快速傅立叶变换的理论，并对比了不同FFT算法，最终确定了按频率抽取的基-4算法。优化后的蝶形运算单元不仅提升了运算速度，还降低了运算的复杂性。此外，他还设计了相应的控制单元和存储单元，以适应基-4 FFT的运算特点。 在设计过程中，论文详细介绍了采用的FPGA设计流程，包括使用EDA工具进行RTL编码，确保功能的正确性，然后进行逻辑综合优化电路，再进行静态时序分析以确保满足速度要求，最后通过自动布局布线确定物理实现。在ModelSim环境下进行的仿真结果显示，该处理器能在2微秒内完成64点序列的FFT运算，这表明FPGA实现的64点FFT处理器具有极高的运算效率，适合处理高速实时信号。 关键词中的"基-4 FFT算法"指的是所选的快速傅立叶变换实现策略，"FPGA"是实现平台，"FFT处理器"是设计目标，"蝶形运算"是FFT算法的核心组成部分，而"64点FFT"则指明了处理的数据规模。这些关键词反映了论文研究的核心内容和关键技术点。