FFT实现——有趣的移位寄存流水线形式
FFT实现——有趣的移位寄存流水线形式 1
一．功能描述：
对w（自定义）位（带符号位）数据进行16（易扩展为32点64点128····1024····）FFT计算
可两路w位数据输入
两路w位数据串行输出
使用此方法设计FFT的原因是 ‘FFT算法8点12位硬件实现 （verilog）’中的算法，当点数增加时，资源消耗太大，（而且扩展时，要写好多好多的代码····）
二．设计结构：
图2.0 以八点FFT为例
图2.1 算法结构
硬件实现概要：每8个clk进2个数据（w位）其实是两路FFT 挑一路来说：数据进来后与此数据之后的第4个数据进行蝶形运算。减法输出要先移位寄存，因为先要进行加法输出的第二级蝶形运算 而第2级的碟型运算也要用移位寄存实现‘交叉’运算
相隔一个数进行一次运算····（表达好混乱····）
三.设计模块介绍
按数据流动方向依次介绍
1.数据选择器
图中出现啦三个数据选择器。作用是三个模块的数据连接控制。为此专门设计了一个控制模块。
设计要求即考虑要点
1.由算法结构可见（以左倒右为第1级2,3级）第一级在4个数据后是连续进行4次碟新运算。而第二级， 如图
出现1次不连续的运算，对于连续数据其实是每8个点FFT出现2次不连续情况。 第三极同理，对于连续数据每8点FFT出现4次不连续情况。 凡出现不连续情况就要用数据选择器是数据进行‘跳变’。
2.要考虑数据选择器间的逻辑运算的时钟个数。（在本设计中为8*4个时钟）
从而确保数据在流水线中逻辑运算正确。（*注意数据的加减顺序，相反的数据选择，可导致相反的加减顺序（a-b成了b-a））
3.从右到左数据选择频率成倍增加。（联想到在累加运算中2进制数每一位的0,1,变化）
4.数据选择器是对蝶形运算输出的数据进行选择 故要与数据对齐 注意每级的数据延时。
KEY1 与 KEY2周期为2clk与4clk过 计算式发生的4clk延时对其无影响 ，有整数个周期。
Angle比key块4个clk 注意angle与输入的数据对齐
2.移位寄存器
设计要求即考虑要点
1.根据算法选择每级的移位数
2.每8个CLK移位一次
3.蝶形运算
设计要求即考虑要点
1.分三个小模块：‘交叉的加减运算’‘ro_cordic’‘除法模块’。（后两个是为了实现旋转因子乘法）（详见‘FFT算法8点12位硬件实现 （verilog）’）
2.
用补码实现减法 注意时钟 流水线实现时每级要保证时间相同
3.
旋转因子的乘法 采用CORDIC 算法来实现 此算法所耗的时间为全流水线的时间单位（即8个clk）。
旋转角度的变化要按一定的规律出现 防止时钟使数据的逻辑顺序错位（如数据在经过第一个W0时在第几个clk后进过第二个W0）。
4.因为使用了CORDIC算法 所以 必须有一个除法模块接在输出上。
12位 16点FFT资源利用情况 基本上点数每翻一倍LE加500
顺序为：
1
5
3
7
2
6
4
8
9
13
11
15
10
14
12
16
MATLAB结果对比
>> x = [10:5:120];
>> y = fft(x,16)
y =
1.0e+002 *
Columns 1 through 3
7.6000 -0.4000 + 2.0109i -0.4000 + 0.9657i
Columns 4 through 6
-0.4000 + 0.5986i -0.4000 + 0.4000i -0.4000 + 0.2673i
Columns 7 through 9
-0.4000 + 0.1657i -0.4000 + 0.0796i -0.4000
Columns 10 through 12
-0.4000 - 0.0796i -0.4000 - 0.1657i -0.4000 - 0.2673i
Columns 13 through 15
-0.4000 - 0.4000i -0.4000 - 0.5986i -0.4000 - 0.9657i
Column 16
-0.4000 - 2.0109i
其他修改方案记录：
1.在每级加尺度变换 防止溢出 减小量化误差
