基于A(yíng)ltera MegaCore實(shí)現FFT的方法

3 FFT運算器的實(shí)現

FFT 運算器采用FFT MegaCore 實(shí)現，用Quartus Ⅱ仿真軟件設計時(shí)產(chǎn)生的FFT MegaCore 模塊圖如圖4 所示[5]。這里采用器件為Altera 公司的Stratix 系列，變化域長(cháng)度設置為6 4 ，數據量精度為2 4 b i t ，旋轉因子量化精度為24bit。引擎結構可以選四輸出，I/O數據流結構選連續型[3]。在工程中，設計者也可以根據實(shí)際情況選擇其他的參數設置。

圖4 FFT MegaCore模塊

在F P G A 硬件設計中，一個(gè)乘法器占用的資源要遠大于一個(gè)加法器占用的資源，而該模塊主要是完成復數乘法運算，我們則可以通過(guò)數學(xué)變換減少乘法器的數量。例如兩個(gè)復數a+jb 和c+jd 的乘積結果e+jf，其中e=ac-bd，f=ad+bc，變換得e=(a+b)c-b(c+d)，f=(a+b)c-a(c-d)，可以看出實(shí)際上是增加三個(gè)加法器來(lái)減少一個(gè)乘法器。

FFT MegaCore 端口定義如下。

clk:輸入，FFT 系統時(shí)鐘信號;

reset:輸入，FFT高有效同步復位信號，低時(shí)FFT工作;

master_sink_dav:輸入，指示主接收器數據有效信號;

master_sink_sop:輸入，輸入數據包起始位置指示信號;

inv_i:輸入，轉換方向控制信號，低有效時(shí)做FFT，高有效時(shí)做IFFT;

data_real_in[23..0]:輸入，輸入實(shí)部數據;

data_imag_in[23..0]:輸入，輸入虛部數據;

master_source_dav：輸入，指示FFT 模塊收到的數據是否有效;

master_sink_ena：輸出，指示數據是否寫(xiě)入輸入緩存中;

fft_real_out[23..0]：輸出，輸出實(shí)部數據;

fft_imag_out[23..0]：輸出，輸出虛部數據;

master_source_ena：輸出，指示輸出數據是否有效;

master_source_sop：輸出，輸出數據包起始位置指示信號;

master_source_eop：輸出，輸出數據包結束位置指示信號;

exponent_out[5..0]：輸出，每一個(gè)數據輸出時(shí)的一個(gè)比例因子，用來(lái)保持數據精度和內部最大信噪比。工作流程:系統復位后，數據源將master_sink_dav 置位，表示有數據等待輸入;作為回應FFT Core 將master_sink_ena 置位，表示可以接收數據;數據源加在第一個(gè)復數數據，同時(shí)master_sink_sop 置位，表示輸入數據包起始位置;下一個(gè)時(shí)鐘，master_sink_sop 被清零，輸入數據按順序加入，輸入數據達到設置值時(shí)，系統啟動(dòng)FFT 運算。通過(guò)inv_i 信號的置位和清零可以改變單個(gè)數據包的FFT 轉換方向，inv_i必須與master_sink_sop嚴格同步。當FFT轉換結束時(shí)master_source_ena置位，輸出運算結果;在輸出過(guò)程中master_source_sop和master_source_eop信號被置位，表示輸出數據包的起始位置和結束位置;e x p o n e n t_out 為比例因子，是IP Core 通過(guò)每一次參數的設定自動(dòng)計算出來(lái)的，對于每個(gè)數據包來(lái)講，它產(chǎn)生的e x p o n e n t_out 的值是不同的。

4 結 論

本文介紹了一種采用Altera 公司的FFT MegaCore 實(shí)現快速傅里葉變換的方法，該方法非常簡(jiǎn)單，能進(jìn)一層次簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)的流程，縮短工程開(kāi)發(fā)周期，節約成本，因此在實(shí)際工程中是一種很好的應用。