|
基于FPGA的FFT和IFFT IP核應用實例 騰訊鏈接：https://share.weiyun.com/5GQyKKc 百度網盤鏈接：https://pan.baidu.com/s/1M7PLzRs-yMJv7NFJE8GVAw 提取碼：qr0t 
關于傅里葉變換，這么一個神奇的變換，其基本原理和應用在教科書、網絡上漫天飛舞，這里就不贅述了，以免有湊字數的嫌疑。下面我們就Matlab和FPGA兩個工具雙管齊下，比對Vivado的FFT IP核生成的數據。 使用at7_img_ex05\matlab文件夾下的Matlab源碼fft_1line.m，運行產生1組cos波形的1000個采樣點數據，存儲為time_domain_cos.txt文件，該文件中每個數據位寬16bit，定點signed(1.15)，即最高位符號位，15位小數。同時，繪制出matlab中cos時域和頻域的波形如下。
Vivado中，打開IP Catalog，搜索FFT或者找到分類Core à Digital Signal Processing àTransform à FFTs，即可找到免費的IP核Fast Fourier Transform。雙擊這個IP。
第一個Configuration頁面如圖，可以設定IP通道數（Number of Channels）、FFT轉換長度（Transform Length）、目標時鐘頻率（Target Clock Frequency）和FFT實現架構（Architecture Choice）等。
如圖所示，第二個Implementation頁面，可以配置數據格式（Data Format）、縮放模式（Scaling Options）、數據末尾處理方式（Rounding Modes）、輸入數據和相位的位寬（Input Data Width）和數據輸出順序（Output Ordering）等。
第三個Detailed Implement頁面中，可以對FPGA存儲器或乘法器相關的資源進行選擇配置。
在配置頁面左側，可以查看IP接口（IP Symbol）、實現信號位寬細節（Implementation Details）和輸出時延（Latency）等信息。
使用Vivado 16.2打開at7_img_ex05下的工程，在Sources面板中，展開Simulation Sources à sim_1，確認at7_fft_sim文件為top module（粗體顯示文件名），若不是top module，可以右鍵單擊該文件，點擊Set as Top菜單項。如圖，若Set as Top菜單項為灰暗不可點擊狀態，表示當前該模塊已經是top module。at7_fft_sim文件中用測試腳本的形式，將matlab生成的1000個點cos數據time_domain_cos.txt文本導入，送給FFT IP核進行運算，輸出FFT結果的實部和虛部分別存儲在fft_result_real.txt和fft_result_image.txt文本中（仿真測試結果位于at7_img_ex05\at7.sim\sim_1\behav文件夾下）。 在Flow Navigator面板中，展開Simulation，點擊Run Simulation，彈出菜單中點擊Run Behavioral Simulation進行仿真。 彈出仿真界面后，如圖所示點擊Run All圖標運行仿真。
仿真運行完畢，可以看到FFT的輸入數據波形和結果輸出波形如圖所示。
可以打開at7_img_ex05\at7.sim\sim_1\behav文件夾下fft_result_real.txt和fft_result_image.txt文本，分別存儲FFT結果的實部和虛部。這里需要注意定點的小數位問題。在IP核頁面左側，點擊Implementation Details可以看到定點的小數位標定。所有1024個輸入點的位寬定義是一樣的，所以如圖所示，只需要查看第0點的定點標定信息。
詳細的FFT IP核配置說明，可以參考Xilinx官方文檔pg109-xfft.pdf。 對于仿真產生的fft_result_real.txt和fft_result_image.txt文本，可以使用Matlab腳本draw_wave_from_txt.m（at7_img_ex05\matlab文件夾下）進行加載并繪制波形。FPGA實現的FFT運算結果，繪制波形如下。可以比對Matlab的波形，幾乎是一致的。當然了，因為FPGA輸入數據的精度有限（從浮點到定點的精度損失），不可能完全一致。
在Sources面板中，展開Simulation Sources à sim_1，將at7_ifft_sim.v文件設置為top module。at7_ifft_sim文件中用測試腳本的形式，在at7_fft_sim.v測試腳本產生的FFT結果的基礎上，繼續將此結果進入IFFT IP核進行IFFT運算，最終上傳IFFT的結果。輸出IFFT結果的實部存儲在ifft_result.txt文本中（仿真測試結果位于at7_img_ex05\zstar.sim\sim_1\behav文件夾下）。可以比對這個文本和time_domain_cos.txt文本的數據，幾乎是一致的。
xfft_0輸出的FFT結果是定點signed(12.15)，要獲得最終的FFT結果，需要將IP核輸出的結果再除以FFT數據個數（即1024），所以我們可以認為實際的FFT結果是定點signed(2.25)。 而進入xfft_1做IFFT的輸入接口是定點signed(1.26)，二者并不匹配，則我們認為輸入數據做了1位的右移，在IFFT輸出結果時要對應的左移1位。IFFT的輸出是signed(12.26)，那么左移1位后，就是signed(13.25)。
AT7_Xilinx開發板（USB3.0+LVDS）資料共享 騰訊鏈接：https://share.weiyun.com/5GQyKKc 百度網盤鏈接：https://pan.baidu.com/s/1M7PLzRs-yMJv7NFJE8GVAw 提取碼：qr0t |
