8点流水线型频域抽取FFT的FPGA实现开题报告

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1. 研究目的与意义

近年来，数字信号处理快速发展，已经在电子通讯领域得到了广泛的应用，它是研究用数字方法对信号进行分析，变换，滤波，检测，调制，解调以及快速算法的一门技术学科，主要研究有关数字滤波技术，离散变换快速算法和谱分析方法。其中离散傅里叶变换DFT在处理信号中起到了至关重要的作用，但是相对于FFT算法来说运算量大得多。FFT为数字信号的实时处理提供了更加有效的方案，从而被应用在各种各样的领域，其所必须拥有的性能是运算速度快，运算精度高，大容量和数据的实时处理。

常见的FFT硬件实现方式有三种：基于DSP（数字信号处理器）实现的FFT处理器，基于ASIC（专用集成电路芯片）实现的FFT处理器，基于FPGA（现场可编程门阵列）实现的FFT处理器。早期对FFT算法实现的硬件大多选择的是DSP和ASIC，但是DSP不支持浮点数运算，所以运算精度低，且没有大容量存储器，ASIC开发周期长，上市成本高。而FPGA可以对其进行反复编程，开发周期比较短，这样，开发成本就大大减少；FPGA实时性高，内部程序可以并行执行，非常容易实现流水结构，并且FPGA内部集成了很多高速IP核，资源非常丰富，这样在处理复杂数据运算时系统运行速度大大提高，目前FPGA内嵌存储器容量越来越大，乘法器越来越多，更加适合数字信号处理。

2. 国内外研究现状分析

一、国内研究状况

目前fpga的主要应用领域是通讯，工控，国防，消费，近年来fpga最引人变化的趋势之一就是应用领域不断拓展。在fpga传统应用市场方面，通信逐步实现高速复杂协议消费电子应用则注重低功耗，低成本。fpga在工业中主要应用马达控制，工业网络，机器视觉和机器人控制。

在我国，fpga技术的发展还不如国外成熟，所以在研发方面跟国外比还是有很大差距的，有一些外国公司研发的fft ip核性能非常优越，但由于价格昂贵，始终不能在国内实现普及，比如altera公司在2012年推出的fft ip核。但是国内很多高校和公司已经研发出属于自己的fft ip核，能在fpga上实现基于流水线结构的fft。在国内，专业的fft处理器能够达到1024点16位运算时间为几十微秒量级，其中中国电子科技集团公司的第54研究所实现的高性能fft芯片，采用基-4算法，流水线结构和并行运算的方式，在系统时钟为80mhz情况下完成4096点的fft运算需要约为25微秒。尽早研发出性能优越的自主fft ip核对推动我国数字信号领域内技术发展是非常有意义的。

二、国外研究状况

1965年，库利，图基共同提出了fft快速算法，使得n很大的序列的dft计算时所需要的乘法次数大大减少，发展到今天的fft算法已经有了多种算法分为组合数算法以及wfta算法，peta算法。 xilinx成立于1984年，首创了fpga技术，fpga一经发明，后续发展速度之快，超乎大多数人的想象，近些年的fpga，始终引领先进的工艺。tabriz大学的团队展示了基于fpga的高速fft处理器，在系统时钟为127mhz条件下完成1024点复数fft运算共需要时间约为10.1微秒。

3. 研究的基本内容与计划

1.dft，fft系统算法选择以及通用fft结构

2.fft系统中各个模块的设计：输入转换模块，ram，rom存储模块，蝶形运算单元模块，输出模块，时序控制模块

3.系统测试modelsim仿真

4. 研究创新点

FFT为数字信号处理的发展开辟了新的道路和新的方向，在军工以及民用产品中应用已十分广泛，例如信号检测，无线通信，航天技术，目标跟踪，医疗仪器，视频图像处理。 基于FPGA的FFT处理器可移植强，产品可以持续升级，开发周期短，速度精度不断提高，能对数字信号进行实时和高效处理。FPGA内部集成了很多高速IP核，资源非常丰富，这样在处理复杂数据运算时系统运行速度大大提高，目前随着工艺技术不断提高。