【摘 要】
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20世纪中期以来,数字信号处理的基本和核心理论FFT(快速傅里叶变换),成为众多学者研究的课题。FFT处理器在通信、雷达、医学工程等各个领域应用广泛。多领域的应用要求FFT处
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20世纪中期以来,数字信号处理的基本和核心理论FFT(快速傅里叶变换),成为众多学者研究的课题。FFT处理器在通信、雷达、医学工程等各个领域应用广泛。多领域的应用要求FFT处理器具有更多的点数处理能力、更好实时性、灵活性和低功耗性。本课题既是基于FPGA通用FFT处理器,除了多点可变等特点,更是以低功耗、高精度为特点,具有很强的应用价值。本文首先分析了FFT算法中基于硬件较易于实现的基-2、基-4算法,并对基-4算法与其他多种FFT实现算法做了探讨与比较,确定了基-4算法。在分析系统功耗相关理论后,确定选用最低功耗的单蝶行结构作为系统硬件结构。在蝶形运算单元的实现中,提出了新型可变精度的运算单元,大大提高了蝶形单元的数据处理范围和精度;提出了优化的基-4算法实现结构,使基-4蝶形仅需要4个复数加法器、1个复数乘法器即可完成基-4蝶形运算,使系统的硬件资源消耗进一步降低;在蝶形单元设计过程和时钟设计中,植入数据使能和门控时钟,大大降低了系统功耗;存储结构选用乒乓结构,并在存储器读写和蝶形单元的运算间采用流水操作,使数据可以连续读入和进行计算,提高了系统的速度;用一个地址生成器提供三种地址,其灵活设计使控制器得到了简化,继而增加了系统的稳定性,最后完成了可配置4点、16点、64点、256点的低功耗通用FFT处理器的设计。本文基于Altera公司的Cyclone Ⅱ EP2C35F673C6实现,通过Matlab仿真算法,验证了本文设计的基-4算法可变点FFT处理器系统的正确性与可行性,并通过Quartus Ⅱ内部集成的功耗分析软件Powerplay验证了系统的低功耗性。该系统完成256点FFT计算仅需要9.1μs,相对于目前最佳速度,提高了29%,功耗为0.65mW/MHz,满足低功耗高速的要求。
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