【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于通信、芯片、數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其涉及一種dft/fft結(jié)構(gòu)及基于該結(jié)構(gòu)的dft/fft實(shí)現(xiàn)方法。
技術(shù)介紹
1、在進(jìn)行信號(hào)處理、頻譜分析中，離散傅里葉變換(discrete?fouriertransformation，簡(jiǎn)稱dft)是常用的變換工具，然而直接進(jìn)行dft的運(yùn)算量與其處理的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度成正比，在數(shù)據(jù)長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，難以直接使用dft進(jìn)行信號(hào)和頻譜分析的實(shí)時(shí)處理。快速傅里葉變換(fast?fourier?transformation，簡(jiǎn)稱fft)的提出大大簡(jiǎn)化了dft的計(jì)算，減少了dft的運(yùn)算量。fft將長(zhǎng)的dft序列分解為多個(gè)基組合的短的dft序列，以短序列dft變換實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)序列變換。基于蝶形運(yùn)算的fft算法是目前通用有效的算法。
2、目前dft/fft的實(shí)現(xiàn)方式分為全并行、串并結(jié)合、串行三種方式，其中全并行方式占用資源少，適用于點(diǎn)數(shù)較少的dft/fft，串行方式節(jié)省資源但是延時(shí)較大，串并結(jié)合的方式靈活性更高，可以根據(jù)實(shí)際的情況在延時(shí)和資源之間獲得平衡。fft算法多使用時(shí)域抽取和頻域抽取的計(jì)算方式，如圖1和2所示，時(shí)域抽取蝶形運(yùn)算輸入數(shù)據(jù)亂序，輸出結(jié)果順序；而頻域抽取蝶形運(yùn)算輸入數(shù)據(jù)順序，輸出結(jié)果亂序。
3、在西安電子科技大學(xué)碩士論文(《基于fpga的高速、高精度f(wàn)ft處理方案研究與實(shí)現(xiàn)》，雷玉飛，2019.6)中實(shí)現(xiàn)了4∧m和4∧m*2點(diǎn)的頻域抽取fft，使用了4個(gè)雙端口ram，將數(shù)據(jù)通過(guò)運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行放置，使fft計(jì)算可以進(jìn)行原位計(jì)算，即獲取數(shù)據(jù)的地址與計(jì)算結(jié)果要存儲(chǔ)的地址一致，以減少r
4、基于上述的映射方式文章中還提出了如圖4所示的fft計(jì)算結(jié)構(gòu)，其中ram1和ram2為乒乓結(jié)構(gòu)，輪流進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭耄瑀am1和ram2中均有4個(gè)雙端口子ram。計(jì)算起始，輸入數(shù)據(jù)根據(jù)地址映射到ram1中的4個(gè)ram中，控制模塊從ram1中讀出數(shù)據(jù)通過(guò)基4/2復(fù)用模塊計(jì)算后，按照同地址寫回到ram1。根據(jù)fft不同階段的計(jì)算選擇不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行蝶形運(yùn)算，最終完成整個(gè)fft運(yùn)算。輸出模塊根據(jù)數(shù)據(jù)映射方式進(jìn)行解映射輸出。
5、由此可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中fft輸入數(shù)據(jù)在進(jìn)行地址映射時(shí)，需根據(jù)地址有效比特?cái)?shù)的奇偶進(jìn)行區(qū)分考慮，導(dǎo)致尋址規(guī)律性缺失，尋址訪問(wèn)方式復(fù)雜，且其復(fù)雜度隨著數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的增加而增加；其次，基于頻域抽取的fft實(shí)現(xiàn)方式，蝶形運(yùn)算基數(shù)順序選擇上的不合理，導(dǎo)致尋址復(fù)雜，同時(shí)輸出地址缺乏規(guī)律性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本專利技術(shù)設(shè)計(jì)了一種高效ram接入的dftf/fft實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，避免ram訪問(wèn)沖突問(wèn)題，同時(shí)依據(jù)該結(jié)構(gòu)，針對(duì)dft/fft的時(shí)域抽取和頻域抽取提出了蝶形運(yùn)算基的排序問(wèn)題，降低了dft/fft計(jì)算過(guò)程中ram的地址計(jì)算的復(fù)雜度，地址訪問(wèn)的規(guī)律性增強(qiáng)，更易實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)數(shù)據(jù)的dft。
2、為解決上述問(wèn)題，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
3、一種dft/fft結(jié)構(gòu)及基于該結(jié)構(gòu)的dft/fft實(shí)現(xiàn)方法，該結(jié)構(gòu)包括多路選擇器，ram組，分路選擇器，計(jì)算控制單元，蝶形運(yùn)算單元；所述多路選擇器控制選擇將輸入數(shù)據(jù)還是所述蝶形運(yùn)算單元輸出的計(jì)算中間結(jié)果存儲(chǔ)到所述ram組中，所述分路選擇器用于選擇將所述ram組讀出數(shù)據(jù)輸出給所述蝶形運(yùn)算單元還是直接作為dft運(yùn)算結(jié)果輸出，所述蝶形運(yùn)算單元配置一個(gè)以上蝶形計(jì)算核；所述計(jì)算控制單元控制整個(gè)dft計(jì)算過(guò)程，包括亂序控制模塊、映射控制模塊、蝶形計(jì)算數(shù)據(jù)尋址計(jì)算模塊、多路選擇器控制模塊、分路選擇器控制模塊及蝶形運(yùn)算參數(shù)配置模塊；
4、基于所述結(jié)構(gòu)的dft/fft實(shí)現(xiàn)方法，為fft時(shí)域抽取方法，所述時(shí)域抽取方法包括以下步驟：
5、步驟1)假設(shè)dft/fft數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為n，將n分解為多種基的組合形式，表示為rmax＝max(r0,r1,…,rm)，rmax表示所有基的最大值；
6、步驟2)在所述ram組中建立rmax個(gè)雙端口子ram，假設(shè)r0>r1>…>rm，在蝶形運(yùn)算過(guò)程中按照基從大到小的順序進(jìn)行；
7、步驟3)通過(guò)計(jì)數(shù)器鏈同步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入亂序與ram組映射：基于建立n0個(gè)模為r0的計(jì)數(shù)器，n1個(gè)模為r1的計(jì)數(shù)器，……nm個(gè)模為rm的計(jì)數(shù)器，從模小的計(jì)數(shù)器向模大的計(jì)數(shù)器進(jìn)行進(jìn)位，通過(guò)計(jì)數(shù)器鏈結(jié)構(gòu)對(duì)輸入數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò)計(jì)數(shù)器值計(jì)算出各數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的ram組中的行列位置，并將輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到對(duì)應(yīng)的位置中；
8、步驟4)計(jì)算dft/fft計(jì)算時(shí)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)地址，計(jì)算時(shí)計(jì)數(shù)器鏈進(jìn)位關(guān)系反轉(zhuǎn)，成為反向計(jì)數(shù)器鏈，從基數(shù)大的計(jì)數(shù)器向基數(shù)小的計(jì)數(shù)器進(jìn)行進(jìn)位，具體迭代步驟如下：
9、s1、第一次迭代直接按列讀出，在讀取數(shù)據(jù)過(guò)程中通過(guò)反向計(jì)數(shù)器鏈計(jì)算每列數(shù)據(jù)起始地址，以起始地址的行位置作為偏移位置對(duì)讀出數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)移位后輸出給蝶形運(yùn)算單元，所述蝶形運(yùn)算單元的計(jì)算結(jié)果原位寫入所述ram組中；
10、s2、第二次迭代，dft/fft計(jì)算長(zhǎng)度為r0*r，將所述ram組中每r列作為一塊數(shù)據(jù)進(jìn)行dft/fft計(jì)算，執(zhí)行過(guò)程為：r列填充的第0個(gè)位置的數(shù)據(jù)同時(shí)讀出，循環(huán)移位后輸出給所述蝶形運(yùn)算單元，計(jì)算結(jié)果原位寫入所述ram組中；直到第r列填充的第r0-1個(gè)位置的數(shù)據(jù)同時(shí)讀出，循環(huán)移位后完成蝶形運(yùn)算，蝶形運(yùn)算結(jié)果原位寫入；
11、s3、后續(xù)的迭代處理，如果計(jì)算長(zhǎng)度為r0*r*r'，將所述ram組中每r*r'列作為一塊數(shù)據(jù)進(jìn)行dft/fft計(jì)算，每塊中每r列作為一組，執(zhí)行過(guò)程為：塊中的各組都從第0列填充的第0個(gè)位置同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，直到第0列填充的最后一個(gè)位置讀取后再對(duì)第1列進(jìn)行讀取，第1列讀取順序與第0列相同，都是從填充的第0個(gè)位置到該列填充的最后一個(gè)位置進(jìn)行讀取；每次同時(shí)讀出的r'個(gè)數(shù)據(jù)，以組0中讀出的數(shù)據(jù)的行位置作為偏移位置進(jìn)行循環(huán)移位后輸出給蝶形運(yùn)算單元，蝶形運(yùn)算單元將計(jì)算結(jié)果原位寫入ram組中；剩余的迭代運(yùn)算中按照一樣的思路讀取數(shù)據(jù)；
12、步驟5)運(yùn)算結(jié)果的順序讀出：最后一次蝶形運(yùn)算完成后，使用反向計(jì)數(shù)器鏈按列一次將數(shù)據(jù)讀出，每列數(shù)據(jù)讀出的順序?yàn)樵摿羞M(jìn)行數(shù)據(jù)填充的順序。
13、進(jìn)一步，dft/fft結(jié)構(gòu)的蝶形運(yùn)算單元的蝶形運(yùn)算核使用查表或cordic的方式實(shí)現(xiàn)，所述蝶形運(yùn)算核可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行流水處理。
14、進(jìn)一步，步驟3)中輸入數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)的子ram編號(hào)即行號(hào)為輸入數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)的子ram的地址即列號(hào)為其中i為不同模的計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)，j為不同模的個(gè)數(shù)，cnt表示計(jì)數(shù)器值。
15、進(jìn)一步，步驟4)中，第一次迭代時(shí)，每列數(shù)據(jù)的第一個(gè)數(shù)據(jù)所在行位置根據(jù)反向計(jì)數(shù)器中的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種DFT/FFT結(jié)構(gòu)及基于該結(jié)構(gòu)的DFT/FFT實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括多路選擇器，RAM組，分路選擇器，計(jì)算控制單元，蝶形運(yùn)算單元；所述多路選擇器控制選擇將輸入數(shù)據(jù)還是所述蝶形運(yùn)算單元輸出的計(jì)算中間結(jié)果存儲(chǔ)到所述RAM組中，所述分路選擇器用于選擇將所述RAM組讀出數(shù)據(jù)輸出給所述蝶形運(yùn)算單元還是直接作為DFT運(yùn)算結(jié)果輸出，所述蝶形運(yùn)算單元配置一個(gè)以上蝶形計(jì)算核；所述計(jì)算控制單元控制整個(gè)DFT計(jì)算過(guò)程，包括亂序控制模塊、映射控制模塊、蝶形計(jì)算數(shù)據(jù)尋址計(jì)算模塊、多路選擇器控制模塊、分路選擇器控制模塊及蝶形運(yùn)算參數(shù)配置模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種DFT處理結(jié)構(gòu)及基于該結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，蝶形運(yùn)算單元的蝶形運(yùn)算核使用查表或cordic的方式實(shí)現(xiàn)，所述蝶形運(yùn)算核可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行流水處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種DFT/FFT結(jié)構(gòu)及基于該結(jié)構(gòu)的DFT/FFT實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟3)中輸入數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)的子RAM編號(hào)即行號(hào)為輸入數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)的子RAM的地址即列號(hào)為其中i為不同模的計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)，j為不同模的個(gè)數(shù)，cnt表示計(jì)數(shù)器值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種DFT/FFT結(jié)構(gòu)及基于該結(jié)構(gòu)的DFT/FFT實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟4)中，第一次迭代時(shí)，每列數(shù)據(jù)的第一個(gè)數(shù)據(jù)所在行位置根據(jù)反向計(jì)數(shù)器中的值確定，即通過(guò)計(jì)算除最低位計(jì)數(shù)器以外的所有計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的和，并將和進(jìn)行rmax求模后的結(jié)果作為第一個(gè)數(shù)據(jù)所在的行地址，具體過(guò)程為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種DFT/FFT結(jié)構(gòu)及基于該結(jié)構(gòu)的DFT/FFT實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟4)中，第二次迭代中先將第一列數(shù)據(jù)的地址計(jì)算出，其它列數(shù)據(jù)的地址根據(jù)第一列數(shù)據(jù)的地址加偏移地址計(jì)算獲得，具體計(jì)算過(guò)程為：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種DFT/FFT結(jié)構(gòu)及基于該結(jié)構(gòu)的DFT/FFT實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟4)中，在后續(xù)的迭代處理過(guò)程中，數(shù)據(jù)行列地址讀取過(guò)程為：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種DFT/FFT結(jié)構(gòu)及基于該結(jié)構(gòu)的DFT/FFT實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，最后一次蝶形運(yùn)算完成后按列一次將數(shù)據(jù)輸出，輸出時(shí)使用反向計(jì)數(shù)器鏈，讀出的數(shù)據(jù)行地址為t＝0～r0-1；列地址為：一次將RAM組中的數(shù)據(jù)讀出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種DFT/FFT結(jié)構(gòu)及基于該結(jié)構(gòu)的DFT/FFT實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，將所述時(shí)域抽取方法中的RAM數(shù)據(jù)映射方式及計(jì)算過(guò)程中的數(shù)據(jù)訪問(wèn)方式應(yīng)用于DFT/FFT頻域抽取，實(shí)現(xiàn)基于所述結(jié)構(gòu)的DFT/FFT頻域抽取，所述頻域抽取步驟如下：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種dft/fft結(jié)構(gòu)及基于該結(jié)構(gòu)的dft/fft實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括多路選擇器，ram組，分路選擇器，計(jì)算控制單元，蝶形運(yùn)算單元；所述多路選擇器控制選擇將輸入數(shù)據(jù)還是所述蝶形運(yùn)算單元輸出的計(jì)算中間結(jié)果存儲(chǔ)到所述ram組中，所述分路選擇器用于選擇將所述ram組讀出數(shù)據(jù)輸出給所述蝶形運(yùn)算單元還是直接作為dft運(yùn)算結(jié)果輸出，所述蝶形運(yùn)算單元配置一個(gè)以上蝶形計(jì)算核；所述計(jì)算控制單元控制整個(gè)dft計(jì)算過(guò)程，包括亂序控制模塊、映射控制模塊、蝶形計(jì)算數(shù)據(jù)尋址計(jì)算模塊、多路選擇器控制模塊、分路選擇器控制模塊及蝶形運(yùn)算參數(shù)配置模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種dft處理結(jié)構(gòu)及基于該結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，蝶形運(yùn)算單元的蝶形運(yùn)算核使用查表或cordic的方式實(shí)現(xiàn)，所述蝶形運(yùn)算核可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行流水處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種dft/fft結(jié)構(gòu)及基于該結(jié)構(gòu)的dft/fft實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟3)中輸入數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)的子ram編號(hào)即行號(hào)為輸入數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)的子ram的地址即列號(hào)為其中i為不同模的計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)，j為不同模的個(gè)數(shù)，cnt表示計(jì)數(shù)器值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種dft/fft結(jié)構(gòu)及基于該結(jié)構(gòu)的dft/fft實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟4)中，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：董磊，王瑱，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京芯通未來(lái)科技發(fā)展有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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