FFT（快速傅里葉變換）作為數字信號處理的核心算法具有重要的研究價值，可應用于傅里葉變換所能涉及的任何領域，如圖像處理、音頻編碼、頻譜分析、雷達信號脈沖壓縮等數字信號處理領域。FFT的鮮明特征之一是計算離散傅里葉變換（DFT）的高效算法，把計算N點DFT的乘法運算量從N2次降低到N/2*log2N次。而采用FPGA實現FFT的緣由在于：FPGA具有并行處理、流水線處理、易編程、片上資源豐富等方面特點，用于實現高速、大點數的FFT優勢明顯。

　　本設計使用的軟件編程環境是Xilinx公司的Vivado 2018.3，筆者將從FFT IP核的創建，模塊文件的編寫，波形仿真等方面來具體講解FFT在Xilinx FPGA上的實現。

　　1.FFT IP核的創建

　　（1）在Vivado軟件主界面，打開IP Catalog，在搜索框內輸入FFT，然后找到Digital Signal Processing->Transforms->FFTs目錄下的Fast Fourier Transform，雙擊進入配置界面。

　　（2）進入到配置界面，左邊是IP核的接口圖、實現的一些細節信息和FFT的延遲，右邊是Configuration、Implementation和Detailed Implementation三個標簽卡。

　　Vivado的FFT IP核支持多通道輸入（Number of Channels）和實時更改FFT的點數（Run Time Configurable Transform Length）。Configuration標簽下可設置FFT的點數（Transform Length）和工作時鐘（Target Clock Frequency），以及選擇一種FFT結構。FFT的結構包括流水線Streaming、基4 Burst、基2 Burst和輕量級基2 Burst，它們的計算速度和消耗的資源依次減少，可根據工程實際進行選擇。

　　Implementation標簽卡下可設置FFT的數據格式為定點Fixed Point或浮點Float Point；輸出截位方式選擇：不截位（Unscaled），截位（Scaled），塊浮點（Block Floating Point）；設置輸入數據的位寬和相位因子位寬。還有一些可選的附加信號，如時鐘使能（ACLKEN），復位信號（ARESETn，低有效）等。“Output Ordering”用以選擇FFT計算結果以自然順序（Nature Order）或位倒序（Bit/Digit Reversed Order）輸出。

　　Detailed Implementation里可設置優化方式、存儲的類型。存儲類型分為兩種：Block RAM（塊RAM）和Distributed RAM（分布式RAM）;優化方式可選擇資源最優或者速度最優。

　　（3）配置完成后，可在Latency下看到計算fft所需的時間，可以以此衡量設計是否滿足實時處理的要求。如不滿足，可選擇性能更好的FFT結構或選擇可以提高運算速度的優化選項

　　2.模塊文件的編寫

　　IP核工作必須要滿足一定的時序要求，所以需要將數據按照一定時序送入IP核。IP核交互是用AXI-Stream接口，關于AXI-Stream接口的時序可自行查一些相關資料，這里不做詳細介紹。簡言之，AXI-Stream接口分為主機（master）和從機（slave），主機為發起端，從機為響應端，只有ready信號和valid信號同時為高時數據才能被有效寫入或讀出。舉個例子，主機檢測從機發出的ready信號，當為高時將valid信號拉高即可從從機讀出或向從機寫入數據。

　　利用modelsim進行功能仿真時我們將仿真時長設置為20us。為了直觀驗證fft是否正確，可將輸入的時域數據的實部和做完fft后信號功率值的數據格式均設置為anolog（模擬），如下圖，可以看到fft后的功率譜為兩根獨立的譜線，分別代表50Hz和200Hz兩個頻率點，和matlab仿真結果一致。

　　對于該IP核更復雜的應用，大家可以閱讀Xilinx官方提供的文檔，根據自己的實際需要進行設計。

　　更多信息可以來這里獲取==>>電子技術應用-AET<<