Xilinx的FFT使用说明

FFTcore使用说明V0.1By梁贵2014年1月17日星期五遇到的问题：1、使用FFTCore得到的数据比matlab得到的差别很大，可以看一下你的相位精度位宽设置，可以适当提高相位精度位宽，可以设置的和数据位宽一样（或者16位以上为宜）。2、仿真的时候一直没有输出，输出延时与FFT的长度有关，如果要求延时小，尽量用短的FFT，如果要求精度，不要求时间可以选择较长的FFT，如果是8196的FFT，从第一输入数据，到第一FFT数据输出，大概需要等待3*8196个时钟周期。精度和延时的折中可以试一试2048点FFT。FFT算法简介在matlab中对应的函数为fft，fft在执行时会按照double型去执行，有些采集到的数据为了减少截断效应，需要乘上窗函数（在matlab中可以用wintool调出窗函数窗口0~1）。此时会遇到一个问题，窗函数的系数大多都为小数，如果要处理小数则涉及到要处理定点问题，为了方便，直接将窗函数乘以65536，或者更大的一个数，需要为2幂次方。之后再将采集数据与窗函数相乘，然后再进行移位，得到一个16位的经过窗函数处理的数据，之后再经过FFTcore进行处理。FFT（FastFourierTransform）快速傅里叶变换，是离散傅里叶变换的一种高效算法，对离散时间信号进行傅里叶变换。12/00,11NjnkNnXkxnekN……(1.1)傅里叶的逆变换为12/010,...,1NjnkNnxnXkenNN(1.2)分析傅里叶变换公式（1.1），里面涉及到都是乘加操作，xk的输出必须先得到所有的xn，故FFT的延时还是很严重的，长度越长乘加操作也越多，消耗的时间也越多。FFTcore（版本V7.1）使用说明在第一页中，你可以选择通道数，如果选择多通道则无法选择流水线结构；还需要选择变换的长度，具体长度，可以根据具体的应用场景，先用matlab仿真得到合适的长度，然后在选择。一般1024就可以了，特殊情况下可以选择8192或者更长。最后需要选择实现结构和目标时钟频率，时钟频率根据自己的设计选择，这里我的时钟为100Mhz，实现结构为流水线结构（通信处理应该一般都是流水线结构）。最后一个是变换长度选项，即是否在做FFT的时候是否可以更改变换的长度，如果需要做频谱仪的话，可以选中这个选项，如果不做，则可以不用选择。NFFT对应的变化长度关系如下图所示。流水线对应的其他引脚功能如下图所示START：input指示将输入有效的数据进行FFTFWD_INV：input指示是进行正变换（1），还是逆变换（0）FWD_INV_WE：inputFWD_INV_WE的使能信号，1有效，0有效如果要进行正变换FWD_INV_WE=1FWD_INV=1或者FWD_INV_WE=0FWD_INV任意如果要进行逆变换FWD_INV_WE=0FWD_INV=0XN_INDEX:output输入序列的计数指示，如果是1024则，XN_INDEX从0递增到1023，需要注意的是START信号xn_re和xn_im的关系。XK_INDEX:output输出序列的计数指示。FRD（Readyfordata）：output准备好数据指示BUSY：Corestateindicator，如果core正在计算FFT，则BUSY为高，否则为低DV(DataValid):数据有效指示，如果为高，意味着将有数据输出，参见时序图。EDONE：EarlyDonestrobe，FFT计算完成指示，比有效数据早一个周期DONE：FFT计算完成指示。CORE第二页需要选择的是输入数据是定点数还是浮点数，一般在FPGA中输入的数据多为定点数，如果选择浮点数，则输入的浮点数，需要为32位且满足IEEE-754单精度浮点数。32位单精度（来自维基百科）还需要选择精度选择，输入数据宽度（输入的为有符号数）根据自己的设计确定，相位因子位宽（相位因子的位宽影响FFT之后的精度，因子位宽较低，则噪声很高，因子位宽交宽则噪声低，但是需要消耗更多的资源）可以设置与数据位宽相同。还需要选择截位选项如果对资源没有要求建议选择不截位，即unscaled。还有其他引脚RoundingModes舍入模式类似matlab中round函数一种模式为Truncation截断模式一种模式为四舍五入如果是0.5的话，如果这个数是奇数则上去整，如果这个数为偶数则下取整。如果选择ConvergentRounding会消耗更多的资源。输出顺序选择自然顺序就好了，方便处理，这样会消耗更多资源。输入数据时序如果没有特殊要求，则只需选择nooffset即可。第三页基本上没有要改的，稍微的改动对设计影响不大，主要是影响FPGA内部的资源，到底是用SliceLogic资源还是XtremeDSPSlice到此完整的FFTCORE已经结束了。