高吞吐率双模浮点可重构FFT处理器设计实现

高吞吐浮点可灵活重构的快速傅里叶变换(FFT)处理器可满足尖端雷达实时成像和高精度科学计算等多种应用需求。与定点FFT相比,浮点运算复杂度更高,使得浮点型FFT的运算吞吐率与其实现面积、功耗之间的矛盾问题尤为突出。鉴于此,为降低运算复杂度,首先将大点数FFT分解成若干个小点数基2^k 级联子级实现,提出分别针对128/256/512/1024/2048点FFT的优化混合基算法。同时,结合所提出同时支持单通道单精度和双通道半精度两种浮点模式的新型融合加减与点乘运算单元,首次提出一款高吞吐率双模浮点可变点FFT处理器结构,并在28 nm标准CMOS工艺下进行设计并实现。实验结果表明,单通道单精度和双通道半精度浮点两种模式下的运算吞吐率和输出平均信号量化噪声比分别为3.478 GSample/s, 135 dB和6.957 GSample/s, 60 dB。归一化吞吐率面积比相比于现有其他浮点FFT实现可提高约12倍。     

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,...     

基-2FFT处理器的FPGA实现

针对当前数字信号处理领域对快速傅里叶变换应用的广泛需求,在对算法原理分析的基础上,给出了8点基-2按时间抽选FFT处理器的实现方案;并在Xilinx xc3s 1500系列芯片上进行综合,通过Modelsim SE6．0对程序进行了仿真。实验结果表明,该处理器功能实现正确,并且具有较高的运算速度和精度。     

混合基FFT算法运算量分析

通过理论推导、定量分析和实验设计的研究方法分析了非2整数次幂点数N的混合基快速傅里叶变换(FFT)算法运算量大小与N分解因子的不同组合方式以及组合次序的关系。实验结果表明,在一定条件下,对于相同FFT点数N的混合基FFT的不同分解因子组合,其算法运算量与所有分解因子总和K的大小有关,但与因子的组合次序无关。最后提出了建立混合基FFT最小运算量的分解因子匹配库作为使用混合基FFT时的分解因子组合选择参考表的设想。为相关研究和实际应用的工程人员提供一定参考。     

高速3780点FFT处理器的设计与实现

介绍了地面数字电视多媒体广播传输系统(DTMB)中3 780点FFT处理器的设计与实现。通过综合利用混合基算法、素因子算法和WFTA算法,来完成3 780点FFT的算法设计。采用流水线结构进行硬件实现,为进一步提高系统吞吐率,其内部3,4,5,7,9点WFTA运算单元均采用并行数据处理方式。     

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。     

OFDM调制中高速FFT处理器的设计与实现

通过对通用算法对比和分析，介绍了一种利用混合基、多块存储器的原位算法构成、能够实现持续处理的多模式FFT处理器的设计和实现。该FFT处理器采用类似块浮点的数据收缩方法，结构简单、速度高、性能好、功耗低，不仅满足高速计算的要求，而且减小了硬件实现的复杂度、易于FPGA实现，因此可以适用于多载波OFDM调制系统中。     

基于CORDIC的FFT处理器设计

波束形成是阵列信号处理过程的一个重要步骤,它在雷达、地质勘探、医学成像领域起着关键的作用并得到了广泛的应用。在声呐系统中,FFT处理器是波束形成器的关键部件,论文中引用了CORDIC算法,并对比了基2、基4等时域FFT算法的区别,根据基本原理和流程最终选定了基4算法,将其有效地和CORDIC算法结合起来。设计了一款基于CORDIC算法的FFT处理器。采用流水线方式,形成了5级蝶形算法,满足了FFT运算要求。     

OFDM系统中FFT处理器芯片的设计

针对OFDM系统中FFT处理器的设计要求,选用4442混合基,按频率提取算法,设计128点高效FFT处理器.采用改进的基-4算法、乒乓RAM设计思想及流水线结构,使FFT处理器各个部分时序紧密配合,硬件和功耗得到优化.该ASIC采用SMIC CMOS 0.18 μm 1P5M工艺实现,结果满足时序和制造工艺要求,达到以下指标:工作频率66 MHz,芯片面积5.2075 mm2,功耗354.728 mW.     

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。     

超高速全并行快速傅里叶变换器

设计和实现超高速快速傅里叶变换器(FFT)在雷达与未来无线通信等系统中具有重要意义。该文提出首个全并行架构的FFT处理器,其避免了复杂的路由寻址以及数据访问冲突等问题,基于较大基进行分解降低运算复杂度。由于旋转因子已知和固定,大量的乘法转化为了定系数乘法。同时由于采用了串行的计算单元,在达到全并行结构的高速度同时硬件复杂度相对较低;所有的硬件计算单元处于满载的条件,其硬件效率能达到100%。根据实际的实现结果,所提出的512点FFT处理器结构能够达到5.97倍速度面积比的提升,同时硬件开销仅占用了Xilinx V7-980t FPGA 30%的查找表资源与9%的寄存器资源。     

An Area-Efficient Design of Variable-Length Fast Fourier Transform Processor

Fast Fourier transform (FFT) plays an important role in the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) communication systems. In this paper, we propose an area-efficient design of variable-length FFT processor which can perform various FFT lengths of 512/1,024/2,048/4,096/8,192 points used in OFDM-based communication systems, such as digital audio broadcasting (DAB), digital video broadcasting-terrestrial (DVB-T) and digital video broadcasting-handheld (DVB-H). To reduce computational complexity and chip area, we develop a new variable-length FFT architecture by devising a mixed-radix algorithm that consist of radix-2, radix-2² and radix-2/4/8 algorithms and optimizing the realization by substructure sharing. Based on this architecture, an area-efficient design of variable-length FFT processor is presented. By synthesized using the UMC 0.18 μm process, the area of the processor is 2.9 mm² and the 8,192-point FFT can be performed correctly up to 50 MHz with power consumption 823 mW under a 1.8 V supply voltage.

快速傅立叶变换算法概述

快速傅立叶变换(FFT)属于数字信号处理中最基础的运算,已广泛应用于通讯、医学电子学、雷达和射电天文学等领域。本文对FFT的主要算法作了概述,并对其特性和运算工作量进行了分析和对比,期望对快速傅立叶变换算法有一个清晰的认识。     

基于小波变换和快速傅立叶变换的电网谐波分析

谐波分析是谐波治理和研究谐波问题的基础。文中介绍了一种将小波变换和快速傅立叶变换结合起来的谐波分析方法,给出了电能质量信号突变点的确定公式,并对三相全控桥式整流电路产生的谐波电流进行仿真分析,得出了采用这种方法能够分别检测出扰动信号的起止时刻,也能够分析各次谐波的幅值和相角的结论。     

LTE系统中混合基FFT算法分析与硬件实现

在LTE系统设计过程中,上行链路采用单载波频分多址技术(SC-FDMA),下行链路采用正交频分多址技术(OFDMA)。在用这两种技术实现LTE的过程中,都采用了DFT或FFT的处理方法,而直接计算DFT的计算量太大。因此本文通过对LTE系统中各种FFT算法进行了分析,重点对Cooley-Tukey FFT算法进行了研究,同时以变换区间N=12和N=15为例,通过电路复用的方式进行了FPGA实现与验证。     

小点数Winograd傅里叶变换算法处理器设计

Winograd 傅里叶变换算法(WFTA)是一种针对非2的整数次幂的小点数离散傅里叶变换(DFT)的快速算法,其运算速度对系统性能具有直接影响.根据各小点数的实际情况,分别进行了硬件结构的设计,在3点和4点的 WFTA 设计中采用移位寄存器和累加器为基础的电路结构,得到了较好的结果;当点数增加到5点、7点和9点时,采用加/减法矩阵分解方法,保证较快的运算速度.通过仿真结果表明,设计方案满足流水线要求,具有较强的数据处理能力.     

一种可重构处理器的编译器的设计与实现

在现有可重构处理器ESL模型的基础上,提出了为可重构处理器设计一个编译器-CoRP(Compiler of Reconfigurable Processor).CoRP以带有编译指示的串行C代码作为输入,并以并行计算的可重构处理器的机器码作为输出.可重构处理器有了CoRP的支持后,可以自动针对带有编译指示的不同应用程序完成对可重构阵列的重构工作.对数字信号处理应用的仿真结果显示,经过CoRP翻译的代码的性能十分接近于需要花费大量精力手动配置的最理想代码的性能.     

一种快速傅里叶变换算法的FPGA实现

分析了快速傅里叶变换(FFT)算法的4种典型结构,提出了一种采用按时间抽取的基2单蝶形运算单元递归结构。对一种64点FFT进行仿真验证,在Cyclone的EP1C6T144C7上实现共占用967个逻辑单元,最高频率达56.47MHz。通过降低蝶形运算单元中乘法数目和采用乒乓RAM结构,节约了硬件资源,加快了FFT运算速度。     

基于浮点DSP的快速傅里叶变换实现

论述了采用浮点数字信号处理(DSP)芯片TMS320VC33实现快速傅里叶变换(FFT)。分别采用了C语言和汇编语言实现FFT算法。实验结果验证了汇编语言比C语言更适合实现复杂算法,也验证了实现算法的正确性,表明了利用DSP控制器特有的反序间接寻址FFT的实现是很方便的,且实时性非常好。