基于FPGA的混合基FFT算法设计与实现

目前,研究资源节约型的低复杂度混合基快速傅里叶变换(FFT)设计技术具有重要的应用价值。本文基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)平台提出并实现了一种新型混合基FFT分解算法。该算法基于原位存储结构设计,采用素数因子分解与库利-图基分解相结合的混合分解模式,在省去了一步旋转因子乘法运算的同时也有效减小了存储空间和运算量,并采用通用蝶形单元模块设计使得算法能够同时适应基2、基3、基4的FFT运算。仿真结果表明,该算法可以极大提高FFT处理点数的灵活性,有效节省运算资源。     

指纹识别专用集成电路中乘法器模块的设计

介绍了一种用于指纹识别专用集成电路(ASIC)的乘法器模块的设计.该乘法器模块能够处理32位的有符号数、无符号数的乘法和乘加运算.电路采用基-4的Booth编码以及改进型压缩器阵列结构.采用提出的迭代和阵列结合的结构算法,可节省芯片面积30%,提高工作频率24%.模块电路在TSMC 0.25 μm工艺上实现.该乘法器模块易于移植到其他数字处理系统.     

一个高效的嵌入式浮点FFT处理器的实现

FFT是数字信号处理中的一种非常重要的算法。本文构造了一个适于嵌入式应用的基16FFT处理器局部流水结构,同时设计实现了一个高效的基4蝶形运算模块。我们的研究应用了局部流水和反馈的思想,使基16FFT蝶形运算模块得以由两个基4/基2蝶形模块组成的反馈流水电路实现,在简化结构的同时提高了处理速度。基4蝶形模块中运算模块的利用率达到100％,而且比传统的基四蝶形模块节省60％以上的资源。     

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。     

基于FPGA的级联结构FFT处理器的优化设计

为了减少级联结构FFT处理器对缓冲存储器需求量,提出一种基于FPGA用基-16和基-2、基-4、基-8组合的混合基算法实现FFT处理器的设计方案。在1 024点FFT处理器的实现过程中,用优化的基-4蝶形运算核搭建了级联结构的基-16蝶形运算核,并将对同一个地址进行读和写的双端口RAM和乒乓结构的单端口RAM结合使用,从而在不增加逻辑单元使用和保证运算速度的情况下,大大减少了存储单元的使用量。     

基于FPGA的新型高速FFT算法研究与实现

提出一种新型基8/4FFT算法及其实现结构,设计出高速的处理模块.该设计可选择性地实现8 k、4 k及2 k点FFT;通过乘法器的复用,有效降低硬件消耗;应用对称乒乓RAM结构提高了蝶型运算单元的连续运算能力.模块利用Verilog语言进行描述,在Quartus5.0软件环境中完成输入、综合及布局布线.结果表明本文提出的算法结构具有优越的精度和速度,充分能够满足实际应用要求.     

DMB-T系统中FFT模块的设计与实现

介绍了地面数字多媒体/电视广播传播系统(DMB-T)中3 780点FFT模块的重要作用.考虑到不适合直接利用现已成熟的基-2和基-4的算法,提出一种全并行流水结构的3 780点FFT的设计和实现方案.该方案采用WFTA算法和PFA算法,把3780分解为7×9×5×4×3共5级的流水线结构.通过对整个系统的仿真与硬件实现,证明该方案性能上能够满足TDS-OFDM系统的信噪比要求.     

FFT算法的一种FPGA设计

在分析了快速傅里叶算法理论的基础上,提出了一种频率抽取基4FFT的FPGA设计方案,针对现有FFT的FPGA实现过程中蝶形运算需要频繁乘以多个旋转因子提出了改进方法,减少了旋转因子的乘法次数和存储空间,加快了蝶形运算的速度,设计的地址映射方法,无需运算即可得到所需数据的存放地址,并结合采用乒乓结构和流水线方式,来提高快速傅里叶变换(FFT)FPGA实现的速度,为实现FFT算法提供了一定的参考价值。     

适用于FPGA的浮点型DSP硬核结构设计

提出一种浮点型数字信号处理器(DSP)硬核结构,在兼容定点数运算的同时,也为浮点数运算提供较好支持。目前各大现场可编程门阵列(FPGA)主流厂商在实现浮点数运算功能时均采用软核实现方式,即将浮点数运算算法映射到芯片上,通过逻辑资源和DSP模块实现。相比于传统方法,提出的硬核结构在不占用FPGA中其他逻辑资源情况下,仅利用DSP模块便能完成浮点数运算。设计中,充分考虑负载和时延影响,插入多级流水线,显著提高浮点数的计算效率。采用中芯国际(MCI)28 nm工艺设计并完成所提出的浮点型DSP硬核结构。仿真结果表明,所提出的硬核结构的单个浮点数加法和乘法效率为0.4 Gflops。     

基于反馈控制结构的FFT信号处理器设计与FPGA实现

研究了基于FPGA的基-2 FFT算法的设计与实现。为减小硬件资源开销,论文采用蝶形运算单元和控制器单元构成的反馈结构对基-2 FFT处理器的硬件j结构进行了总体设计,采用时序控制方法完成蝶形运算电路设计,采用同步有限状态机(FSM,finite state machine)方法实现了旋转因子系数的产生与控制。并基于Quartus II软件平台,完成了整个FFT处理器电路的FPGA实现,最后通过仿真验证了设计方案的正确性。     

Radix-4 Vectoring CORDIC Algorithm and Architectures

In this work we extend the radix-4 CORDIC algorithm to the vectoring mode (the radix-4 CORDIC algorithm was proposed recently by the authors for the rotation mode). The extension to the vectoring mode is not straightforward, since the digit selection function is more complex in the vectoring case than in the rotation case; as in the rotation mode, the scale factor is not constant. Although the radix-4 CORDIC algorithm in vectoring mode has a similar recurrence as the radix-4 division algorithm, there are specific issues concerning the vectoring algorithm that demand dedicated study. We present the digit selection for nonredundant and redundant arithmetic (following two different approaches: arithmetic comparisons and table look-up), the computation and compensation of the scale factor, and the implementation of the algorithm (with both types of digit selection) in a word-serial architecture. When compared with conventional radix-2 (redundant and non-redundant) architectures, the radix-4 algorithms present a significant speed up for angle calculation. For the computation of the magnitude the speed up is very slight, due to the nonconstant scale factor in the radix-4 algorithm.     

一种按时间抽取的混合基实序列高效FFT算法

针对2N点实序列FFT的实现,分析了FFT运算的基本原理,并在基本原理的基础上介绍了一种按时间抽取的混合基FFT算法.此算法采用"包装"算法和基2-基4混合算法结合的方法进行运算.通过复杂度分析,显示了此算法与传统的单一基2或基4的FFT相比,大大减少了计算过程中所需的实加法的个数;当点数大于1024时,所需实乘法的个数也有所减少.这是一种实序列FFT的高效低复杂度算法.     

数模同播音频广播系统中OFDM调制解调器的设计

设计了一种基于IFFT/FFT的高效OFDM调制解调器,实现数模同播音频广播系统中数字音频信号的OFDM调制解调,包括发射机中用于形成OFDM符号的时域与频域交织模块、OFDM调制模块和接收机中OFDM解调模块、时域与频域解交织模块。通过对IFFT/FFT算法的改进,该OFDM调制解调器中数据的输入顺序和输出顺序相同,不需要进行顺序输人逆序输出,并且可以把现有基2的幂次方的FFT变换扩展到任意点,实现适用于任意点的IFT/FFT,简化了IFFT/FFT模块本身和交织／解交织的资源消耗,巧妙地节省了系统所需的资源。     

Cellular-array modular multiplier for fast RSA public-key cryptosystem based on modified Booth's algorithm

We propose a radix-4 modular multiplication algorithm based on Montgomery's algorithm, and a fast radix-4 modular exponentiation algorithm for Rivest, Shamir, and Adleman (RSA) public-key cryptosystem. By modifying Booth's algorithm, a radix-4 cellular-array modular multiplier has been designed and simulated. The radix-4 modular multiplier can be used to implement the RSA cryptosystem. Due to reduced number of iterations and pipelining, our modular multiplier is four times faster than a direct radix-2 implementation of Montgomery's algorithm. The time to calculate a modular exponentiation is about n/sup 2/ clock cycles, where n is the word length, and the clock cycle is roughly the delay time of a full adder. The utilization of the array multiplier is 100% when we interleave consecutive exponentiations. Locality, regularity, and modularity make the proposed architecture suitable for very large scale integration implementation. High-radix modular-array multipliers are also discussed, at both the bit level and digit level. Our analysis shows that, in terms of area-time product, the radix-4 modular multiplier is the best choice.     

一种用于公钥密码系统的新型可变Radix快速乘法硬件算法

本文提出了一种新型的可变ｒａｄｉｘ快速乘法硬件算法，算法中，采用了二进制数的冗余数表示方法，使二个大数（大到５１２ｂｉｔ位或更大）的相加在Ｏ（１）时间内完成而无需等待进位；其次，提出了可变ｒａｄｉｘ快速乘法思想，使算法比ｒａｄｉｘ－４的乘法算法速度提高３３％，比ｒａｄｉｘ－８的乘法算法速度提高１１％而硬件实现更为简单，算法还能克服在较坏和最坏条件下，ｒａｄｉｘ－８乘法算法速度严重下降的缺陷，是一种可以作为核心运算有效地使用在许多公钥密码体制（如ＲＳＡ）硬件ＶＬＳＩ实现中的新型快速算法。     

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。     

Radix-2 FFT-pipeline architecture with reduced noise-to-signalratio

A radix-2 FFT-pipeline architecture has been developed which exhibits a two- to three-bit increase in accuracy for transform lengths N greater than 2¹⁰ if fixed-point arithmetic is utilised. The algorithm in use is a unification of the Cooley-Tukey radix-4 and radix-4+2 decompositions