【正文】 )； END SREG8B； ARCHITECTURE RTL OF SREG8B IS SIGNAL REG8B： STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)； BEGIN PROCESS (CLK， LOAD) BEGIN IF CLK39。139。 B； 將 4 位被加數(shù)矢量擴(kuò)為 5 位，為進(jìn)位提供空間 SINT=AA+BB+CIN ； S=SINT(3 DOWNTO 0)； CONT=SINT(4)； END RTL； LIBRARY IEEE； USE ； USE ； ENTITY ADDER8B IS 31 由 4 位二進(jìn)制并行加法器級(jí)聯(lián)而成的 8 位二進(jìn)制加法器 PORT(CIN： IN STD_LOGIC； A： IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)； B： IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)； S： OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)； COUT： OUT STD_LOGIC)； END ADDER8B； ARCHICTURE RTL OF ADDER8B IS COMPONENET ADDER4B 對(duì)要調(diào)用的元件 ADDER4B 的界面端口進(jìn)行定義 PORT(CIN： IN STD_LOGIC； A： IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)； B： IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)； S： OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)； CONT： OUT STD_LOGIC)； END COMPONENT ； SIGNAL CARRY_OUT： STD_LOGIC； 4 位加法器的進(jìn)位標(biāo)志 BEGIN U1： ADDER4B 例化 4 位二進(jìn)制加法器 U1 PORT MAP(CIN=CIN， A=A(3 DOWNTO 0)， B=B(3 DOWNTO0)， S=S(3 DOWNTO 0)， COUT=CARRY_OUT)； U2： ADDER4B 例化 4 位二進(jìn)制加法器 U2 PORT MAP(CIN=CARRY_OUT， A=A(7 DOWNTO 4)， B=B(7 DOWNTO 4)， S=S (7 DOWNTO 4)； CONT=CONT)； END RTL； 8 位乘法器實(shí)現(xiàn)源碼 32 LIBRARY IEEE； USE ； ENTITY ANDARITH IS 選通與門模塊 PORT (ABIN： IN STD_LOGIC； 與門開關(guān) DIN： IN STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0)。 END PROCESS 。 WHEN 100 = ROM_DATA = 00000000 。 29 ARCHITECTURE RTL OF ROM IS BEGIN PROCESS(CLOCK,EN_ROM) BEGIN IF(EN_ROM = 39。 USE 。) THEN IF (RE = 39。139。 BEGIN WRITE FUNCTIONAL SECTION PROCESS (CLOCK,WADDRESS,WE) BEGIN IF (CLOCK=39。 Q : OUT STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0)。 除了敬佩 xx老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和 為人師表 也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣， 會(huì)正面 影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。通過(guò)有限狀態(tài)機(jī)的輸出分別控制各部分的工作。時(shí)第一和第二個(gè)蝶形運(yùn)算讀取第一個(gè)旋轉(zhuǎn)因子，第三個(gè)和第四個(gè)蝶形運(yùn)算讀取第三個(gè)旋轉(zhuǎn)因 STAGE=39。當(dāng) ROMGEN_EN = 39。 ARIEND 輸出高電平，以此可點(diǎn)亮一發(fā) 光管，以示乘法結(jié)束。其乘法原理是：乘法通過(guò)逐項(xiàng)位移相加原理來(lái)實(shí)現(xiàn)，從被乘數(shù)的最低位開始，若為 1，則乘數(shù)左移后與上一次和相加；若為 0，左移后以全零相加，直至被乘數(shù)的最高位。并行進(jìn)位加法器通常比串行級(jí)聯(lián)加法器占用更多的資源。139。為提高 FFT 的運(yùn)算速度，需要構(gòu)造雙端口 RAM 來(lái)加快數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝俊? FFT 算法在 FPGA 中的實(shí)現(xiàn) 有多種方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理，如單片機(jī)、 DSP 實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理算法速度較慢，難以與調(diào)整外圍器件匹配，數(shù)字信號(hào)處理的目標(biāo)是追求速度、實(shí)時(shí)性。常見信號(hào)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有： 并行處理 提高系統(tǒng)性能的有效方法是并行處理，同時(shí)性或者并發(fā)性，并行處理是相對(duì)于串行處理的處理方式，它著重解決并發(fā)事件，并行處理結(jié)構(gòu)會(huì)提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞 吐率和數(shù)據(jù)處理能力。 圖 ( 8)N? 自然系數(shù) ()n 二進(jìn)制碼 倒位序二進(jìn)制碼 倒位序數(shù) 0 000 000 0 1 001 100 4 2 010 010 2 3 011 110 6 4 100 001 1 5 101 101 5 6 110 011 3 7 111 111 7 17 4 用 FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的算法 本章討論 FFT在 FPGA中如何實(shí)現(xiàn)，首先介紹實(shí)現(xiàn) FFT算法的四種方法：軟件、DSP、專用 FFT處理芯片、 FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢?1024N? 時(shí) DFT 算法的運(yùn)算量是 FFT 算法的運(yùn)算量的2 2l o g 1 0 4 8 5 7 6 5 1 2 0 2 0 4 .82NNN?? ?????? 倍，則 N越大 FFT 算法的優(yōu)越性越明顯。本文主要介紹按時(shí)間抽取基 2 FFT 算法。 DFT 數(shù)字13 計(jì)算還需要存儲(chǔ)和讀取 N 個(gè)復(fù)數(shù)輸入序列值 ??xn以及復(fù)系數(shù) nkNW 值的設(shè)備。 離散傅里葉變換描述分析有限長(zhǎng)序列，其本質(zhì)是建立了以時(shí)間為自變量的信號(hào)與以頻率為自變量的頻譜函數(shù)之間的變換關(guān)系，換言之，離散傅里葉變換定義了時(shí)域與頻域之間的一種變換或者說(shuō) 是映射。仿真結(jié)果達(dá)到要求后，就可以進(jìn)行編程，把設(shè)計(jì)程序下載到目標(biāo)文件中；最后把芯片放到實(shí)際系統(tǒng)中進(jìn)行驗(yàn)證、測(cè)試。VHDL 語(yǔ)言能夠在多種 EDA 工具設(shè)計(jì)環(huán)境中運(yùn)行。 CO=Y。 USE 。 SO,CO: OUT STD_LOGIC )。 U2:H_ADDER PORT MAP(A=S2,B=CIN,SO=SUM,CO=S3)。 ARCHITECTURE RTL OF F_ADDER IS COMPONENT H_ADDER IS PORT(A,B:IN STD_LOGIC。 結(jié)構(gòu)體有三種描述方法： STRUCTURAL（結(jié)構(gòu)描述方式）， DATAFLOW（數(shù)據(jù)流描述方式）和 BEHAVIOR（行為描述方式）。 用 VHDL 源代碼描述 REG8 的結(jié)構(gòu)體。實(shí)體是設(shè)計(jì)實(shí)體的表層設(shè)計(jì)單元，實(shí)體說(shuō)明部分規(guī)定了設(shè)計(jì)單元的輸入輸出接口信號(hào)或引腳，它是設(shè)計(jì)實(shí)體對(duì)外的一個(gè)通信界面。 VHDL 文件保存為 .vhd， Verilog文件保存為 .v。這種將設(shè)計(jì)實(shí)體分成內(nèi)外部分的概念是 VHDL系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本點(diǎn)。強(qiáng)大的行為描述能力是從邏輯行為上描述和設(shè)計(jì)大規(guī)模電子系統(tǒng)的重要保證。然后利用 EDA 工具，逐層進(jìn)行仿真驗(yàn)證，再把其中需要變?yōu)閷?shí)際電路的模塊組合，經(jīng)過(guò)自動(dòng)綜合工具轉(zhuǎn)換到門級(jí)電路網(wǎng)表。 FPGA 可實(shí)現(xiàn)片上系統(tǒng)縮小產(chǎn)品體積，提高產(chǎn)品可靠性 。在不同應(yīng)用場(chǎng)合，需要不同性能要求的 FFT 處理器，特別是隨著 OFDM（ 正交頻分復(fù)用 ） 技術(shù)的出現(xiàn)， FFT 作為 OFDM 系統(tǒng)中調(diào)制解調(diào)的關(guān)鍵 。數(shù)字通信采用時(shí)分多路復(fù)用，不需要體積較大的濾波器，設(shè)備中大部分是數(shù)字電路，可用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)，因此體積小、功耗低。 圖 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)單方框圖 數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的比較： 時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的信號(hào)稱為模擬信號(hào)，時(shí)間和幅度上都是離 散的信號(hào)稱為數(shù)字信號(hào)。 FPGA。 FFT 的硬件結(jié)構(gòu)主要包括蝶形處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM、控制模塊、旋轉(zhuǎn)因子存儲(chǔ)器 ROM、地址發(fā)生器。隨著可編程邏輯器的發(fā)展，使得電子設(shè)計(jì)的規(guī)模和集成度大幅度提高。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)字信號(hào)處理； FPGA。 圖 所表示的是模擬信號(hào)數(shù)字處理系統(tǒng)的方框圖，抗混疊濾波器是一個(gè)低通濾波器。 抗混疊 濾波器 A/D 變換 器 數(shù)字信號(hào)處理器 D/A 變換器 低通 濾波器 2 便于加密處理。 FFT 算法簡(jiǎn)介 快速傅里葉變換并不是一種新的變換，而是離散傅里葉變換 (DFT)的一種快速算法。 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 FPGA 是新型高密度可編程邏輯器件。 如果將 IP 核集成到 SOC 芯片上則會(huì)提高 SOC 芯片的靈活性與有效性，縮短設(shè)計(jì)周期。就 FPGA/CPLD 開發(fā)而言，VHDL 語(yǔ)言是最常用和流行的硬件描述語(yǔ)言之一，一般 VHDL 語(yǔ)言 應(yīng)用在教學(xué)中較多， Verilog 應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中較多，在數(shù)字信號(hào)處理的 FPGA 設(shè)計(jì)中得到了廣泛的使用。 VHDL 和可編程邏輯器件的結(jié)合成為一種強(qiáng)有力的設(shè)計(jì)方式，使產(chǎn)品上市周期明顯縮短。目前多數(shù) EDA工具均支持 VHDL 語(yǔ)言。 （ 4）布局布線：將 .edf 文件調(diào)入 PLD 廠家提供的軟件中進(jìn)行布線，即把設(shè)計(jì)好的邏輯安放到 CPLD/FPGA 內(nèi)。 CLK : IN STD_LOGIC。 AND CLK39。 LIBRARY IEEE。 8 COMPONENT OR2 IS PORT(A,B:IN STD_LOGIC。 數(shù)據(jù)流描述方式 數(shù)據(jù)流描述反映一個(gè)設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)從輸入到輸出的流向，使用并發(fā)語(yǔ)句描述。 CO=A AND B。 END ENTITY HARF_ADDER。 在一個(gè)系統(tǒng)中三種描述風(fēng)格有可能都會(huì)用到。 使用 QuartusⅡ的設(shè)計(jì)者可以不精通器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以使用自己熟悉的設(shè)計(jì)工具建立設(shè)計(jì)， QuartusⅡ把這些設(shè)計(jì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成最終需要的格式。 連續(xù)時(shí)間非周期信號(hào) 連續(xù)時(shí)間非周期信號(hào) ??xt 在頻域中得到的是連續(xù)非周期的頻譜密度函數(shù)? ?X jw ，傅立葉變換對(duì)如下： ? ? ? ? jw tX jw x t dte?? ???? ? （ 31） ? ? ? ?12 jw tx t X jw d we?????? ? （ 32） 這種類型信號(hào)的典型信號(hào)有指數(shù)衰減信號(hào)和高斯信號(hào)，這種類型信號(hào)的變換就稱為傅立葉變換。 設(shè)有限長(zhǎng)序列 ??xn的長(zhǎng)度為 N，即可以看成是周期為 N 的周期序列。 FFT 使復(fù)數(shù)乘法的次數(shù)從 2N 次減少到了 logNN次。最初通過(guò)將 ??Xn分解為奇數(shù)項(xiàng)序列和偶數(shù)項(xiàng)序列的形式使 FFT 運(yùn)算分為兩組。采用同址運(yùn)算只需 N 個(gè)存儲(chǔ)單元，大大節(jié)省了存儲(chǔ)單元，從而降低了設(shè)計(jì)成本。 FPGA廠商研制的綜合性能較好的 FFT IP核，但是價(jià)格昂貴。它一般一個(gè)時(shí)鐘周期完成一個(gè)乘累加運(yùn)算，這其中就運(yùn)用到了流水線工作方式。 數(shù)字信號(hào)處理可以采用多種實(shí)現(xiàn)方法。進(jìn)行蝶形運(yùn)算時(shí)可以從 RAM 中把數(shù)據(jù)讀入蝶形處理器中以進(jìn)行蝶形運(yùn)算，蝶形運(yùn)算得到的運(yùn)算結(jié)果存儲(chǔ)在 RAM 原 地址中。為提高 FFT 運(yùn)算速度，采用查表的方式得到旋轉(zhuǎn) 因子。 實(shí)踐證明， 4 位二進(jìn)制并行加法器和串行級(jí)聯(lián)加法器占用幾乎相同的資源。乘法時(shí)鐘信號(hào)從 ARICTL 的 CLK輸入。若時(shí)鐘頻率為 100 MHz，則每一運(yùn)算周期僅需 80 ns。039。139。 要設(shè)計(jì)出一個(gè)好的 FFT 需要綜合考慮速度與資源利用，因此一個(gè)好的算法是至關(guān)重要的。 USE 。 WADDRESS: IN STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0)。139。 END IF 。 END IF。 USE 。139。 WHEN 111 = ROM_DATA = 00111111 。039。 THEN R16S= 0000000000000000； 異 步復(fù)位信號(hào) ELSIF CLK39。 THEN REG8=DIN； 裝載新數(shù)據(jù) ELSE REG8(6 DOWNTO0)=REG8(7 DOWNTO 1)； 數(shù)據(jù)右移 END IF； END IF； END PROCESS； QB= REG8 (0)； 輸出最低位 END RTL； LIBRARY IEEE； USE ； USE ； ENTITY