基于FPGA的FFT处理器设计与高速实现

本文主要探讨了在FPGA中实现快速傅立叶变换（FFT）的总体结构设计，特别是在Cadence NC Verilog仿真的背景下。随着IC制造工艺的进步，FPGA内部的晶体管数量增加，提供了丰富的资源，使得采用乒乓结构和流水线技术成为可能，从而显著提高了FFT的计算速度和数据处理能力。 FFT算法因其在数字信号处理中的高效性，特别适合现代通信、语音处理、计算机和多媒体等领域的高速实时处理需求。文章设计的核心目标是将FFT算法高效地移植到FPGA上，以利用其并行性和大规模集成的优势。设计者提出了一种频率抽取基4 FFT的FPGA设计方案，针对传统方法中蝶形运算频繁需要乘以旋转因子的问题，通过改进因子产生方式，减少了存储空间和乘法次数，从而加速了蝶形运算。 在整体系统结构设计中，输入输出采用乒乓RAM，这种设计能够利用存储器的读写循环，实现数据的高效传输。输入部分分为两组存储器，一组负责接收外部输入，另一组则为片内蝶形运算器提供数据。输出部分同样采用类似的机制，存储器根据流水线和乒乓结构，确保数据按需输出。通过地址生成器，蝶形运算器可以获取正确的输入数据，而旋转因子则以优化的方式存储和传输，进一步提升性能。 设计的关键创新包括地址映射方法，它允许在不进行实际运算的情况下确定数据存储位置，以及流水线和乒乓结构的结合，显著提高了FFT的执行效率。在实际的FPGA芯片上，整个FFT处理器电路被成功实现，经过模块时序仿真和数据验证，该设计达到了在50MHz时钟频率下工作的目标。 论文作者陆旦前，作为软件工程专业的硕士研究生，与导师李智群和陈建平合作，对FPGA实现FFT进行了深入研究，并展望了未来在这个领域的更多可能性。关键词包括快速傅立叶变换、FPGA、旋转因子和流水线技术，反映出研究的焦点集中在如何通过这些技术手段来提升FFT在数字信号处理中的性能和实用性。