www.久久久久|狼友网站av天堂|精品国产无码a片|一级av色欲av|91在线播放视频|亚洲无码主播在线|国产精品草久在线|明星AV网站在线|污污内射久久一区|婷婷综合视频网站

當(dāng)前位置:首頁 > 電源 > 數(shù)字電源
1 引言
   
隨著數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展,數(shù)字信號處理已深入到各個學(xué)科領(lǐng)域。在數(shù)字信號處理中,許多算法如相關(guān)、濾波、譜估計、卷積等都可通過轉(zhuǎn)化為離散傅立葉變換(DFT)實(shí)現(xiàn),從而為離散信號分析從理論上提供了變換工具。但DFT計算量大,實(shí)現(xiàn)困難??焖俑盗⑷~(FFT)的提出,大大減少了計算量,從根本上改變了傅立葉變換的地位,成為數(shù)字信號處理中的核心技術(shù)之一,廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、觀測、跟蹤、高速圖像處理、保密無線通信和數(shù)字通信等領(lǐng)域。
    目前,硬件實(shí)現(xiàn)FFT算法的方案主要有:通用數(shù)字信號處理器(DSP)、FFT專用器件和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。DSP具有純軟件實(shí)現(xiàn)的靈活性,適用于流程復(fù)雜的算法,如通信系統(tǒng)中信道的編譯碼、QAM映射等算法。DSP完成FFT運(yùn)算需占用大量DSP的運(yùn)算時間,使整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率降低,同時也無法發(fā)揮DSP軟件實(shí)現(xiàn)的靈活性。采用FFT專用器件,速度雖能夠達(dá)到要求。但其外圍電路復(fù)雜,可擴(kuò)展性差,成本昂貴。隨著FPGA發(fā)展,其資源豐富,易于組織流水和并行結(jié)構(gòu),將FFT實(shí)時性要求與FPGA器件設(shè)計的靈活性相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)并行算法與硬件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化配置,不僅可以提高處理速度,并且具有靈活性高。開發(fā)費(fèi)用低、開發(fā)周期短、升級簡單的特點(diǎn)。針對某OFDM系統(tǒng)中FFT運(yùn)算的實(shí)際需要,提出了基于FPGA的設(shè)計來實(shí)現(xiàn)FFT算法,并以16位長數(shù)據(jù),64點(diǎn)FFT為例,在QuartusⅡ軟件上通過綜合和仿真。


2 FFT原理及算法結(jié)構(gòu)
    FFT是離散傅立葉變換(DFT)的快速算法。對于N點(diǎn)離散的有限長時問序列x(n),其傅里葉變換為:

   

    完成N點(diǎn)的DFT需要N2次復(fù)數(shù)乘法和N(N-1)次復(fù)數(shù)加法。點(diǎn)數(shù)大時,計算量也大,所以難以實(shí)現(xiàn)信號的實(shí)時處理。FFT的基本思想是利用旋轉(zhuǎn)因子WN的周期性、對稱性、特殊性以及周期N的可互換性,將長度為N點(diǎn)的序列DFT運(yùn)算逐次分為較短序列的DFT運(yùn)算,合并相同項,大大減少了計算量。
    FFT算法分為兩大類:一類是針對N=2的整數(shù)次冪的算法,如基2算法、基4算法、實(shí)因子算法和分裂算法等:另一類是N≠2的整數(shù)次冪算法,以winograd為代表的一類算法。硬件實(shí)現(xiàn)時,不僅要考慮算法運(yùn)算量的大小,而且要考慮算法的復(fù)雜性和模塊化??刂坪唵?、實(shí)現(xiàn)規(guī)整的算法在硬件系統(tǒng)中要優(yōu)于僅降低運(yùn)算量的算法。現(xiàn)有FFT算法的FPGA設(shè)計方案基本上都是針對于第一類算法,而第二類算法盡管有其重要的理論價值,但硬件不易實(shí)現(xiàn)。由于該設(shè)計點(diǎn)數(shù)不是太多,綜合考慮FFT處理器的面積和成本。所以采用按時間抽取的基2快速傅立葉算法(基2DIT-FFT)。
    對于長度為N=2m的序列x(n),其中m是整數(shù),將x(n)按奇偶分成兩組,即令:n=2r和n=2r+1,而r=0,1,…,N/2-1,于是:

   
    所以A(k)和B(k)可完整表示X(k)。依次類推,可一直向前追溯到2點(diǎn)的FFT,這樣整個N點(diǎn)的FFT算法分解成log 2N級運(yùn)算,每級有N/2個基2碟形運(yùn)算。圖1是N=8的DIT-FFT運(yùn)算流圖。

3 FFT處理器的結(jié)構(gòu)設(shè)計
    FFT實(shí)現(xiàn)的設(shè)計方案有順序處理、級聯(lián)處理、并行處理和陣列處理。順序處理每次運(yùn)算僅用一個蝶形單元,處理方式簡單,運(yùn)算速度較慢。級聯(lián)處理、并行處理和陣列處理的速度較快,但占用資源較多??紤]到該設(shè)計運(yùn)算點(diǎn)數(shù)較少,因此采用改進(jìn)的順序處理方案,在原有順序處理的基礎(chǔ)上對FFT處理過程中數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行控制。使得該結(jié)構(gòu)在繼承原有順序處理電路簡單、占用資源較少優(yōu)點(diǎn)同時又兼有級聯(lián)處理運(yùn)算速度較快的優(yōu)點(diǎn)。采用自頂向下的方法對處理器模塊化,其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。


4 模塊設(shè)計與綜合仿真
   
整個FFT處理器是由存儲器、蝶形運(yùn)算單元、旋轉(zhuǎn)因子單元、控制單元和數(shù)據(jù)控制單元組成,各個單元通過控制單元產(chǎn)生的控制和使能信號進(jìn)行工作。
4.1 蝶形運(yùn)算單元
   
蝶形運(yùn)算單元是整個FFT處理單元的重要部分,直接影響整個FFT單元性能?;?時間抽取的蝶形信號流程圖如圖3所示,p和q為數(shù)據(jù)序號,xm(p))和xm(q)是第m級蝶形運(yùn)算的輸入,xm+1(p)和xm+1(q)是該蝶形運(yùn)算的輸出,WrN為相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)因子。

   
    由上式看出,一個基2蝶形運(yùn)算要進(jìn)行1次復(fù)乘、2次復(fù)加。為了提高運(yùn)算速度采用并行運(yùn)算,采用4個實(shí)數(shù)乘法器、3個實(shí)數(shù)加法器和3個實(shí)數(shù)減法器組成。設(shè)輸入數(shù)據(jù):x1=x1_r+jx1_im,x2=2_r+jx2_im,旋轉(zhuǎn)因子為WrN=c-jd,則輸出y1=y1_r+jy1_im和y2=y2_r+jy2_im。實(shí)現(xiàn)蝶型運(yùn)算單元如圖4所示。

    數(shù)據(jù)格式選擇定點(diǎn)16位二進(jìn)制補(bǔ)碼。設(shè)計時必須考慮乘法器速度,將會直接影響整個FFT處理單元的運(yùn)算速度,該設(shè)計的乘法器利用QuartusⅡ開發(fā)軟件中所提供的宏單元生成。乘法器的兩輸入均為16位,輸出32位。因?yàn)槌朔ㄆ髦袔в行D(zhuǎn)因子項.所以乘法運(yùn)算后不應(yīng)改變輸入的幅值即乘法器的輸出仍為16位,因此要對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行截取,截取其中16位作為加(減)法器的輸入。
4.2 存儲單元
   
在FFT處理單元中存儲器是必不可少的單元,蝶形運(yùn)算數(shù)據(jù)的輸入輸出和中間結(jié)果的存儲都要經(jīng)過存儲器,因此它們的頻繁讀寫操作對整個FFT處理速度影響較大。圖2中存儲器A和存儲器B由RAM和狀態(tài)機(jī)組成,各自分別具有數(shù)據(jù)總線、地址總線和觸發(fā)時鐘。存儲器A接收外部輸入數(shù)據(jù),存儲器B是中間結(jié)果單元,除第一級蝶形運(yùn)算外每級數(shù)據(jù)的輸入輸出均經(jīng)過該存儲器。在兩塊存儲器和蝶形運(yùn)算模塊之間加入兩個數(shù)據(jù)控制器配合工作,可以在寫入上一組中間結(jié)果的同時讀取下一組蝶形運(yùn)算數(shù)據(jù),從而提高FFT的處理速度。
4.3 旋轉(zhuǎn)因子單元
   
旋轉(zhuǎn)因子單元是用于存儲FFT運(yùn)算所需的旋轉(zhuǎn)因子WrN=exp(-j2πr/N)。在Matlab中旋轉(zhuǎn)因子分為實(shí)部和虛部產(chǎn)生,由于它們是小于1的小數(shù),故在設(shè)計中需將其定點(diǎn)化。其過程是將旋轉(zhuǎn)因子擴(kuò)大214倍。取整數(shù)部分轉(zhuǎn)化為16位定點(diǎn)數(shù),以.hex文件格式保存,利用QuartusⅡ軟件的Megawizard工具設(shè)計。ROM,并將.hex文件同化在其中。根據(jù)旋轉(zhuǎn)因子的對稱性和周期性,在利用ROM存儲旋轉(zhuǎn)因子時,可以只存儲旋轉(zhuǎn)因子表的一部分,通過地址的改變查詢出每級蝶形運(yùn)算所需的旋轉(zhuǎn)因子。
4.4 控制單元 
   
控制單元用于協(xié)調(diào)驅(qū)動各模塊,在FFT運(yùn)算中具有關(guān)鍵作用。存儲器A、旋轉(zhuǎn)因子單元及數(shù)據(jù)控制器的讀信號,存儲器B的讀寫信號都是由控制單元產(chǎn)生??刂茊卧ㄟ^一個有限狀態(tài)機(jī)(FSM)實(shí)現(xiàn),使用兩個內(nèi)部計數(shù)器控制狀態(tài)機(jī)的翻轉(zhuǎn)??刂茊卧哂袉为?dú)的輸入時鐘,可產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號。
4.5 綜合仿真
   
選用Altera公司的QuartusⅡ軟件作為開發(fā)平臺,以Stratix系列中的EP1S25型FPGA為核心器件,采用白頂向下的設(shè)計思路和VHDL語言,實(shí)現(xiàn)對各個模塊單元的設(shè)計、綜合和仿真。為了簡化設(shè)計,只在數(shù)據(jù)輸入時鐘下輸入了一組64個復(fù)數(shù),其余輸入設(shè)為0,并且實(shí)部和虛部都限定在±l,±2,±3,±4,e5之內(nèi)。為防止溢出先將輸入數(shù)據(jù)乘以一定比例因子2-9,再乘以2 15轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制數(shù)。輸出的結(jié)果如圖5所示。需要注意的是:仿真結(jié)果乘以2 -6后才是實(shí)際結(jié)果。將仿真結(jié)果與Matlab計算的結(jié)果相比較,數(shù)據(jù)基本一致,說明了設(shè)計正確,其誤差主要來源于數(shù)據(jù)的截取和旋轉(zhuǎn)因子的近似。

5 結(jié)束語
    FFT算法是數(shù)字信號處理中一種重要運(yùn)算,廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、觀測、跟蹤、高速圖像處理、保密無線通信和數(shù)字通信等領(lǐng)域。這里討論了一種基于FPGA的64點(diǎn)FFT處理器的設(shè)計方案,輸入數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部均以16位二進(jìn)制數(shù)表示,采用基2DIT-FFT算法,以Altera公司的QuartusⅡ軟件為開發(fā)平臺對處理器各個的模塊進(jìn)行設(shè)計,在Stratix系列中的EP1S25型FPGA通過了綜合和仿真,運(yùn)算結(jié)果正確。采用FPGA實(shí)現(xiàn)FFT算法在體積、速度、靈活性等方面都具有優(yōu)越性。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

成都2022年10月19日 /美通社/ -- 近期,平安養(yǎng)老險積極籌備個人養(yǎng)老金的產(chǎn)品設(shè)計和系統(tǒng)開發(fā)工作,發(fā)展多樣化的養(yǎng)老金融產(chǎn)品,推動商業(yè)養(yǎng)老保險、個人養(yǎng)老金、專屬商業(yè)養(yǎng)老保險等產(chǎn)品供給。 搭養(yǎng)老政策東風(fēng) ...

關(guān)鍵字: 溫度 BSP 東風(fēng) 大眾

廣東佛山2022年10月19日 /美通社/ -- 空間是人居生活的基礎(chǔ)單元,承載著生存與活動的最基本功能。而對于理想空間的解構(gòu)意義卻在物理性容器之外,體現(xiàn)出人們對于空間和生活深層關(guān)系的思考,同時也塑造著人與空間的新型連接...

關(guān)鍵字: 溫度 BSP 智能化 進(jìn)程

上海2022年10月19日 /美通社/ -- 10月17日晚間,安集科技披露業(yè)績預(yù)告。今年前三季度,公司預(yù)計實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入7.54億元至8.33億元,同比增長60.24%至77.03%;歸母凈利潤預(yù)計為1.73億...

關(guān)鍵字: 電子 安集科技 BSP EPS

北京2022年10月19日 /美通社/ -- 10月18日,北京市經(jīng)濟(jì)和信息化局發(fā)布2022年度第一批北京市市級企業(yè)技術(shù)中心創(chuàng)建名單的通知,諾誠健華正式獲得"北京市企業(yè)技術(shù)中心"認(rèn)定。 北京市企業(yè)技...

關(guān)鍵字: BSP ARMA COM 代碼

北京2022年10月18日 /美通社/ -- 10月14日,國際數(shù)據(jù)公司(IDC)發(fā)布《2022Q2中國軟件定義存儲及超融合市場研究報告》,報告顯示:2022年上半年浪潮超融合銷售額同比增長59.4%,近5倍于...

關(guān)鍵字: IDC BSP 數(shù)字化 數(shù)據(jù)中心

上海2022年10月18日 /美通社/ -- 2022年9月5日,是首都銀行集團(tuán)成立60周年的紀(jì)念日。趁著首都銀行集團(tuán)成立60周年與首都銀行(中國)在華深耕經(jīng)營12年的“大日子”,圍繞作為外資金融機(jī)構(gòu)對在華戰(zhàn)略的構(gòu)想和業(yè)...

關(guān)鍵字: 數(shù)字化 BSP 供應(yīng)鏈 控制

東京2022年10月18日  /美通社/ -- NIPPON EXPRESS HOLDINGS株式會社(NIPPON EXPRESS HOLDINGS, INC.)旗下集團(tuán)公司上海通運(yùn)國際物流有限公司(Nipp...

關(guān)鍵字: 溫控 精密儀器 半導(dǎo)體制造 BSP

廣州2022年10月18日 /美通社/ -- 10月15日,第 132 屆中國進(jìn)出口商品交易會("廣交會")于"云端"開幕。本屆廣交會上高新技術(shù)企業(yè)云集,展出的智能產(chǎn)品超過140,...

關(guān)鍵字: 中國智造 BSP 手機(jī) CAN

要問機(jī)器人公司哪家強(qiáng),波士頓動力絕對是其中的佼佼者。近來年該公司在機(jī)器人研發(fā)方面獲得的一些成果令人印象深刻,比如其開發(fā)的機(jī)器人會后空翻,自主爬樓梯等。這不,波士頓動力又發(fā)布了其機(jī)器人組團(tuán)跳男團(tuán)舞的新視頻,表演的機(jī)器人包括...

關(guān)鍵字: 機(jī)器人 BSP 工業(yè)機(jī)器人 現(xiàn)代汽車

南京2022年10月17日 /美通社/ -- 日前《2022第三屆中國高端家電品牌G50峰會》于浙江寧波落幕,來自兩百余名行業(yè)大咖、專家學(xué)者共同探討了在形勢依然嚴(yán)峻的當(dāng)下,如何以科技創(chuàng)新、高端化轉(zhuǎn)型等手段,幫助...

關(guān)鍵字: LINK AI BSP 智能家電

數(shù)字電源

15504 篇文章

關(guān)注

發(fā)布文章

編輯精選

技術(shù)子站

關(guān)閉