仿真 - Xilinx FFT IP核功能?實(shí)現(xiàn)介紹與仿真

　　本文所采用的是定點(diǎn)壓縮結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)相對于全精度無壓縮結(jié)構(gòu)，能夠大大減少FPGA內(nèi)部資源Xtreme DSP Slices和塊RAM的使用，而相對于塊浮點(diǎn)型，可靈活調(diào)節(jié)壓縮比。定點(diǎn)壓縮結(jié)構(gòu)的壓縮比例表（Scale_SCH）完全由用戶自定義得到。壓縮比例是按照1、2、4或者8對每一階進(jìn)行壓縮，即對應(yīng)于分別向右移位0、1、2或者3。如果壓縮不充分，則蝶形輸出結(jié)果會超出其動態(tài)范圍，引起數(shù)據(jù)溢出。對于Burst I/O結(jié)構(gòu)，Scale_SCH的表示方法：對于每一階的壓縮比都由指定的一個2 bit的數(shù)表示，零階的2 bit數(shù)為最低位，具體形式為［？N4，N3，N2，N1，N0］，每一個2 bit數(shù)分別對應(yīng)著相應(yīng)階數(shù)的壓縮比。

　　例：對于基4結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換長度N=1024，Scale_SCH=［01 10 00 11 10］則表示對階0右移位2，對階1右移位3，對階2右移位0，對階3右移位2，對階4右移位1。經(jīng)驗(yàn)總結(jié)（可以防止產(chǎn)生數(shù)據(jù)溢出）：對于1024點(diǎn)的基4，Burst I/O結(jié)構(gòu)，Scale_SCH=［10 10 10 10 11］；而對于1024點(diǎn)的基2結(jié)構(gòu)，Scale_SCH=［01 01 01 01 01 01 01 01 01 10］。

　　對于流水線，Streaming I/O結(jié)構(gòu)，把臨近的一對基2階組在一起，即階0和階1為組0，階2和階3為組1，等等。Scale_SCH的表示方法：對于每一組的壓縮比都由指定的一個2 bit的數(shù)表示，零組的2 bit數(shù)為最低位，具體形式為［？N4，N3，N2，N1，N0］，每一個2 bit數(shù)分別對應(yīng)著相應(yīng)組的壓縮比，表示同組內(nèi)的兩個基2階有相同的壓縮比。例：數(shù)據(jù)長度N=1024，Scale_SCH=［10 10 00 01 11］表示對組0（階0和階1）右移位3，對組1（階2和階3）右移位1，對組2（階4和階5）沒有移位，對組3（階6和階7）右移位2，對組4（階8和階9）右移位2。若變換長度N不是4的冪次方的時候，最后一組只包含一個基2階，只能用00或者01表示。經(jīng)驗(yàn)總結(jié)（可以防止產(chǎn)生數(shù)據(jù)溢出）：N=512時，Scale_SCH=［01 10 10 10 11］；N=1024時，Scale_SCH=［10 10 10 10 11］。

　　壓縮比例Scale_SCH的位寬，對于流水線，Streaming I/O結(jié)構(gòu)和基4，Burst I/O結(jié)構(gòu)，為2*ceil（0.5*log2（N））；對于基2，Burst I/O結(jié)構(gòu)和基2 Lite Burst I/O結(jié)構(gòu)，為2*log2（N），其中N為轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)長度。

　　3 FFT IP核的仿真驗(yàn)證

　　1）IP核配置：

　　Page 1：（配置實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)）

　　Page 2：（數(shù)據(jù)位寬以及數(shù)據(jù)處理）

　　Page 3：（配置數(shù)據(jù)緩存空間）

　　接口說明：

　　信號名稱

　　傳輸方向

　　說明

　　XN_RE

　　Input

　　輸入操作數(shù)實(shí)部，以2的補(bǔ)碼輸入。

　　XN_IM

　　Input

　　輸入操作數(shù)虛部，以2的補(bǔ)碼輸入。

　　START

　　Input

　　當(dāng)此信號變高時，開始輸入數(shù)據(jù)，隨后直

　　接進(jìn)行FFT 轉(zhuǎn)換操作和數(shù)據(jù)輸出

　　SCALE_SCH

　　Input

　　進(jìn)行數(shù)據(jù)縮減運(yùn)算有用，其總的效果是輸出結(jié)果/N

　　SCALE_SCH_WE

　　Input

　　作為SCALE_SCH 的使能信號

　　FWD_INV

　　Input

　　用以指示IP Core為FFT還是IFFT， 1為FFT

　　UNLOAD

　　Input

　　對于Burst I/O結(jié)構(gòu)，此信號將開始以自然順序輸出處理的結(jié)果。對于流水線結(jié)構(gòu)和比特逆序輸出的情況，此端口不是必要的。

　　FWD_INV_WE

　　Input

　　作為FWD_INV端口的使能信號

　　RESET

　　Input

　　FFT核復(fù)位信號

　　CLK

　　Input

　　工作時鐘，與輸入數(shù)據(jù)流有關(guān)

　　XK_RE

　　Output

　　輸出數(shù)據(jù)總線實(shí)部，以2的補(bǔ)碼輸出

　　XK_IM

　　Output

　　輸出數(shù)據(jù)總線虛部，以2的補(bǔ)碼輸出

　　XN_INDEX

　　Output

　　位寬等于log2（N），輸入數(shù)據(jù)的下標(biāo)

　　XK_INDEX

　　Output

　　位寬等于log2（N），輸出數(shù)據(jù)的下標(biāo)

　　RFD

　　Output

　　輸入數(shù)據(jù)有效信號，高電平有效

　　DV

　　Output

　　輸出數(shù)據(jù)有效指示信號，當(dāng)輸出端口存在有效數(shù)據(jù)時變高

　　BUSY

　　Output

　　IP Core 工作狀態(tài)的指示信號，在進(jìn)行FFT轉(zhuǎn)換時為高電平

　　EDONE

　　Output

　　高有效。在DONE信號變高的前一個時鐘變?yōu)楦唠娖?/p>

　　DONE

　　Output

　　高有效。在FFT完成后變高，且只存在一個時鐘。在DONE變高后，IP Core 開始輸出計(jì)算結(jié)果。

　　通過例化調(diào)用Xilinx IP核來實(shí)現(xiàn)一個512點(diǎn)、數(shù)據(jù)位寬和相位因子位寬都為10 bit的FFT算法模塊，時鐘頻率為 50MHz（時鐘頻率越高，可以獲得更高的復(fù)用倍數(shù)，節(jié)省更多的資源面積），采用流水線，Streaming I/O和定點(diǎn)壓縮結(jié)構(gòu)。為了方便驗(yàn)證FFT IP核功能的正確性：以零開始計(jì)數(shù)，在每個時鐘上升沿到來時，進(jìn)行加1得到的數(shù)據(jù)，分別作為其輸入信號的實(shí)部和輸入信號的虛部。Scale_SCH=［01 10 10 10 11］，在ISE 14.1中建工程，例化調(diào)用Xilinx FFT IP核，然后利用ModelSimSE 6.5進(jìn)行仿真，其仿真時序如圖2所示。

　　時序驗(yàn)證方面：可以看出整個時序在實(shí)現(xiàn)中是完全正確的。從圖可以看出：busy信號高的的時候表明FFT IP核正在進(jìn)行FFT運(yùn)算，busy信號拉低后表明運(yùn)算已經(jīng)結(jié)束，要向外輸出FFT運(yùn)算結(jié)果；edone信號在done信號之前一個周期到達(dá)；此時done信號拉高一個周期，表明FFT運(yùn)算完成；而且由于進(jìn)行的是512點(diǎn)的FFT運(yùn)算，所以，每間隔512個時鐘周期，edone和done信號都會拉高一次；rfd信號一直拉高，表明輸入數(shù)據(jù)一直傳送到FFT IP核的輸入端口，跟采用流水線，Streaming I/O結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行連續(xù)數(shù)據(jù)處理是一致的；dv信號一直為高，表明輸出的信號一直有效。