高速64点FFT芯片设计技术

针对高速64点FFT(快速傅里叶变换)处理芯片的实现,分析了FFT运算原理,并根据FFT算法原理介绍了改进的FFT运算流图。介绍了FFT处理器系统的各模块的功能划分,并根据FFT处理器结构及其特殊寻址方式,采用Verilog HDL对处理器系统的控制器、双数据缓存、地址生成器、蝶形运算单元以及I/O控制等模块进行了RTL(寄存器传输级)设计,并在ModelSim中对各模块以及整个系统进行功能仿真和验证,给出了部分关键模块的仿真波形图。设计中,注重从硬件实现以及电路的可综合性等角度进行RTL电路设计,以确保得到与期望性能相符的硬件电路。     

基于无冲突地址生成的高性能FFT处理器设计

提出一种基于存储器交织架构的FFT处理器设计方法,并且针对基-8FFT提出一种无冲突地址生成算法,数据按帧进行操作。每个存储器均划分为8个独立的存储体,通过对循环移位寄存器译码,蝶式运算单元并行无冲突读写操作数,8通道输入数据进行并行的复数乘法运算。每级运算引入完全流水,减少了运算的时钟周期开销,同时推导出局部流水线设计必须满足的不等式条件。输入、输出存储器采用乒乓操作,按帧轮换,FFT运算连续输入、输出,采样频率与系统工作频率一致,具有很好的实时性,运算精度通过块浮点得到保证。该设计方法可以扩展至基-16FFT处理器设计。     

单精度浮点数FFT的FPGA实现

文中首先讨论了多种FFT算法及其基本原理,实现了基2频率抽取算法,采用单蝶形顺序处理的结构实现单精度浮点数FFT处理器。根据自顶向下的设计思想,将整个设计划分为6个子模块,分别对子模块进行设计,最后组合成FFT处理器。然后,文中介绍了浮点数加法器和浮点数乘法器的硬件实现,在其中引入流水线,大大提高了数据吞吐量,提高处理速度。在中间结果缓存单元的设计中,调用Altera IP Core中的三口RAM,能够同时读写数据,大大节省了运算时间。最后对FFT处理器进行了功能仿真和时序仿真,做了详尽的分析测试。结果表明,单精度浮点数FFT处理器达到了较高的运算精度,可稳定运行在62.5MHz,完成一次256点浮点数复数FFT运算需要33.056μs。与DSP和单片机实现的FFT相比,在性能上具有一定优势。     

基于0.18μm CMOS工艺的高速1024点FFT芯片设计研究

基于TSMC0.18μm CMOS工艺标准单元库,设计了高速1024点FFT处理器。数据采用IEEE754标准单精度浮点格式,实现高精度数据处理;在设计中通过使用改进的按时间抽取的基二算法,降低了寻址的复杂度;采用流水线技术设计了蝶形运算单元,提高了系统的工作频率;利用三角函数关系,提出了新的旋转因子存储方案,相比于传统设计,可以使ROM规模降低75%。逻辑综合和版图综合后的报告显示,该处理器的工作频率可以达到167MHz,完成一次1024点FFT运算仅需37.7μs,FFT处理单元核心面积为1.4mm2.     

流水线结构FFT/IFFT处理器的设计与实现

针对实时高速信号处理的要求，设计并实现了一种高效的FFT处理器。在分析了FFT算法的复杂度和硬件实现结构的基础上，处理器采用了按频率抽取的基—4算法，分级流水线以及定点运算结构。可以根据要求设置成4P点的FFT或IFFT。处理器可以对多个输入序列进行连续的FFT运算，消除了数据的输入输出对延时的影响。平均每完成一次N点FFT运算仅需要Ⅳ个时钟周期。整个设计基于Verilog HDL语言进行模块化设计。并在Altera公司的Cyclone Ⅱ器件上实现。     

用Xtensa可配置处理器实现高性能低功耗系统

可配置处理器允许嵌入式开发人员来定制适合目标算法的处理器,使得处理器和算法能够更好地匹配。设计人员可以增加专用的、可变宽度的寄存器,专用的执行部件和更宽的数据总线以达到专用算法的最优处理器配置。加速FFT运算按频率抽取快速傅立叶变换FFT算法的核心是一种称为“蝶形”的运算。蝶形操作是FFT算法的最里层循环的运算。每个蝶形运算需要六次加法和四次乘法来计算基2蝶形结果的实部和虚部。采用TI(ETensilicaIn-structionExtention)语言,设计团队可以用四个加法器和两个乘法器来扩展整个Xtensa处理器的流水线,以便使得一半F…     

长度为2^n的FFT运算基实现

大点数FFT运算是数字信号处理中关键技术环节,本文提出一种大点数FFT运算基的实现,该实现是根据[1]中所提出的算法,结合寄存器阵列模块和重排序模块,实现FFT运算基模块内部的数据传输和模式切换,以基4与基2为模块中的基本运算单元构成大点数的FFT运算基,在控制电路配合下实现快速傅里叶变换。该实现通过面向寄存器级的Simulink仿真模型,验证本文所设计模块功能的正确性和可行性,为基于大点数的FFT运算指出了一种实现方法。     

WFTA算法的FPGA设计与实现

Winograd傅里叶变换算法（WFTA）利用旋转因子W的特性对其进行分解,能够把FFT运算中乘法次数降到最低,是一种高效且资源占用相对较少的FFT实现方法。以256点分解为两维16×16点的小数组WFTA进行运算为例介绍了大数组WFTA算法的FPGA设计与实现方案。仿真测试表明,所设计的256点FFT处理器,乘法器资源消耗仅为基-2FFT的1/2、基-4FFT的2/3,且在100 MHz主时钟频率下完成运算仅需5.8μs,满足FFT处理器的高速实时性要求。     

用于MB-OFDM UWB系统的FFT/IFFT处理器的设计与实现

设计了一种应用于超宽带(UWB)无线通信系统中的FFT/IFFT处理器。该处理器采用基24算法进行FFT运算,利用8路并入并出的流水线结构实现该算法,提高了处理器的数据吞吐率,降低了芯片功耗。提出了一种新颖的数据处理方式,在保证信噪比的情况下节约了逻辑资源。在乘法器的设计环节,针对UWB系统的具体特点,在结构上对乘法器进行了改进和优化,提高了乘法器的性能。最后,设计的FFT/IFFT处理器采用TSMC 0.18μm CMOS标准工艺库综合,芯片的内核面积为0.762mm2(不含测试电路)。在1.8V,25℃条件下,最大工作时钟317.199MHz,在UWB典型的工作频率下,内核功耗为33.5304mW。     

应用于超宽带系统中的低功耗、高速FFT/IFFT处理器设计

设计了一种应用于超宽带(UWB)无线通信系统中的FFT/IFFT处理器.采用8×8×2混合基算法进行FFT运算,实现了2路64点或者1路128点FFT功能,并为该算法提出了一种新型的8路并行反馈结构.该结构提高了处理器的数据吞吐率,降低了芯片功耗.为了减少处理器中的乘法数目,提高时序性能,提出了改进型移位加算法.设计的FFT/IFFT处理器采用SMIC 0.13μm CMOS工艺制造,芯片的核心面积为1.44mm2.测试结果表明,该芯片最高数据吞吐率到达1Gsample/s,在典型的工作频率500Msample/s下,芯片功耗为39.6mW.与现有同类型FFT芯片相比,该芯片面积缩小了40%,功耗减少了45%.     

基于FPGA的FFT处理器的设计与仿真

针对电网存在较大谐波误差和不对称误差的情况,运用频域FFT算法,设计实现了电力实时参数监测用FFT处理器.处理器采用按频率抽取的基-2算法,分级流水线以及定点运算结构,由6个功能模块组成.整个设计基于Verilog HDL语言进行模块化设计,采用FPGA作为逻辑控制器,并运用QuartusⅡ工具进行了综合仿真.仿真结果表明处理器达到了高精度电力参数监测的要求,对电网谐波分析与经济运行具有实用价值.     

基于CMMB标准的新型FFT处理器设计

针对中国移动多媒体广播(CMMB)系统中高速FFT处理器的设计要求,提出了一种新的适用大点数FFT算法的流水线实现结构.采用了混合基4/2、按频率抽取FFT算法,完成了4 096/2 048点,13 bit位宽,定点复数FFr的设计,两个点数的FFT变换能够采用同一套结构实现,节约了资源.设计全部采用VerilogHDL语言描述并通过FPGA仿真验证.     

基于多核处理器BWDSP1042的FFT性能优化

博微DSP1042(BWDSP1042)是我国自主研发的一款高性能数字信号处理器.现阶段,由于BWDSP硬件计算资源和访存带宽限制,通过调优快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)算法结构运算时间仍可减少.基于高性能多核BWDSP1042体系架构以及指令编排原则,优化了基-2FFT算法结构,在充分利用硬件资源的同时减少了FFT算法的运算时间.使用Matlab程序验证FFT汇编算法的正确性,并与BWDSP100、C6678函数库中的FFT算法的实际运行周期进行对比.研究结果表明,512点、1024点、2048点定点复数FFT算法的运算时间比BWDSP100函数库中的FFT和C6678函数库中的FFT均缩短了一倍多.     

A 1-GS/s FFT/IFFT processor for UWB applications

In this paper, we present a novel 128-point FFT/IFFT processor for ultrawideband (UWB) systems. The proposed pipelined FFT architecture, called mixed-radix multipath delay feedback (MRMDF), can provide a higher throughput rate by using the multidata-path scheme. Furthermore, the hardware costs of memory and complex multipliers in MRMDF are only 38.9% and 44.8% of those in the known FFT processor by means of the delay feedback and the data scheduling approaches. The high-radix FFT algorithm is also realized in our processor to reduce the number of complex multiplications. A test chip for the UWB system has been designed and fabricated using 0.18-/spl mu/m single-poly and six-metal CMOS process with a core area of 1.76/spl times/1.76 mm/sup 2/, including an FFT/IFFT processor and a test module. The throughput rate of this fabricated FFT processor is up to 1 Gsample/s while it consumes 175 mW. Power dissipation is 77.6 mW when its throughput rate meets UWB standard in which the FFT throughput rate is 409.6 Msample/s.     

Hardware architecture for an anti-traffic noise system

This work presents an energy efficient architecture for an anti-traffic noise system. The hardware is designed for a road side unit (RSU) in intelligent transportation systems. Fast Fourier Transform is the cornerstone for the suggested system. An ultra low power architecture for the FFT suitable for FPGA implementation is derived. Bit-widths for both data and twiddle factors are optimized for low-power. The architecture uses an efficient complex multiplier that has 25% less multiplications. An algorithm to compute the number of time-shared butterflies for a given FFT block size and a target throughput is elaborated. Finally synthesis results using fixed-point VHDL library and commercial IP are presented and compared with the proposed FFT processor.     

面向LTE-A终端软基带的矢量处理器设计

面向移动终端处理器的低功耗、低成本、高效率、灵活升级的需求,本文在对LTE-A基带算法并行性分析的基础上,提出了一种基于超长指令字（Very Long Instruction Word,VLIW）和单指令多数据（Single Instruction Multiple Data,SIMD）混合结构的矢量处理器作为终端软基带解决方案.该矢量处理器采用变长的VLIW指令字,共有7条矢量数据通路,每条通路可执行16个16bit的定点运算;采用分组的系数存储器提高灵活性,受限访问的寄存器组降低电路面积;同时设计了SHUF和ISHUF指令专门用于快速傅里叶变换（FFT）和雏特比（vIT-ERBI）译码算法的矢量化实现.最后本文实现和分析了FFT和VITERBI译码算法.     

Radix-2 FFT butterfly processor using distributed arithmetic

A parallel-data VLSI architecture for computation of the fast Fourier transform (FFT) is described. The processor is based on a computationally efficient vector rotate algorithm. Use of a 2-dimensional pipeline configuration allows a radix-2 butterfly operation to be performed once every system clock cycle (250 ns) to generate real or imaginary transform components. The architecture is considered to be a computationally efficient VLSI approach for high-bandwidth computation of the FFT. The design and performance of an 8-bit FFT butterfly processor are described.     

An efficient locally pipelined FFT processor

The fast Fourier transform (FFT) is a very important algorithm in digital signal processing. The locally pipelined (LPPL) architecture is an efficient structure for FFT processor designing in a real-time embedded system. Two basic building blocks, to the LPPL FFT processor, the butterfly in pipeline, and address generating, are discussed in this brief. Based on the "deep" feedback to butterfly-2, a novel approach for pipelined architecture, the radix-2 single-path deep delay feedback architecture is proposed. For length-N discrete Fourier transform computation, the dominant hardware requirements are minimal for complex multipliers log/sub 4/N-1 and adders 2log/sub 4/N. As an integral need of the LPPL FFT processor design, address generating and coefficient store-load structures are also presented.