m基于FPGA的256点FFT傅里叶变换verilog实现,含testbench,不使用IP核

简介: m基于FPGA的256点FFT傅里叶变换verilog实现,含testbench,不使用IP核

1.算法仿真效果

本系统进行了Vivado2019.2平台的开发,其中Vivado2019.2仿真结果如下:
37ff41d1cd54f43d2a57640a1fdfebda_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png
dadeb72cd16fcb46dde8d4ada5d74d5a_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png
523b807290a72ac256069281eb839184_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png

2.算法涉及理论知识概要
傅里叶变换(Fourier Transform)是一种重要的信号处理技术,用于将一个时域信号转换为频域表示,分析信号的频率成分。FFT(Fast Fourier Transform)是一种高效的傅里叶变换算法,可以加速傅里叶变换的计算过程。给定一个时域离散信号序列$x[n]$,其傅里叶变换$X[k]$定义为:

cd14f62334b28689c36ee12b64614f5c_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png

    FFT是一种高效的计算傅里叶变换的算法,可以降低傅里叶变换的计算复杂度。对于长度为$N=2^m$的信号序列,其中$m$是整数,快速傅里叶变换可以通过分治法和蝶形运算来实现。其中,分治法将信号分为两个子序列,分别进行傅里叶变换,然后通过蝶形运算组合子序列的结果。256点FFT是指将长度为256的时域信号序列转换为频域表示的过程。对于256点FFT,信号序列长度$N=256$,可以使用快速傅里叶变换算法高效地计算。

   基于FPGA的256点FFT傅里叶变换Verilog实现在数字信号处理、通信系统和图像处理等领域有广泛的应用。由于FPGA具有可编程性和并行计算能力,能够高效地实现FFT算法,因此被广泛用于嵌入式系统、通信系统和高性能计算领域。 

基于FPGA的256点FFT傅里叶变换Verilog实现面临以下几个主要难点:

   实现FFT模块需要理解和实现快速傅里叶变换算法,包括蝶形运算和迭代计算过程。算法的正确性和效率对于整个FFT实现的成功至关重要。

  在FPGA实现过程中,需要考虑FPGA资源的有限性。因为FFT模块需要大量的计算和存储资源,如何在有限的FPGA资源约束下完成256点FFT的实现是一个挑战。

   在FPGA中,时序和并行性是需要重点考虑的问题。FFT模块的时序和并行性设计直接影响整个实现的性能和稳定性,需要仔细调整和优化。

   基于FPGA的256点FFT傅里叶变换Verilog实现是一个重要的信号处理技术,在数字信号处理、通信系统和图像处理等领域有广泛的应用。在FPGA平台上高效地实现256点FFT傅里叶变换。

3.Verilog核心程序
````timescale 1ns / 1ps

module TEST();

reg i_clk;
reg i_rst;
reg start;

wire [15 : 0] m_axis_data_tdata;
dds_compiler_0 your_instance_name (
.aclk(i_clk), // input wire aclk
.aresetn(~i_rst), // input wire aresetn
.s_axis_config_tvalid(1'b1), // input wire s_axis_config_tvalid
.s_axis_config_tdata(32'd10000000), // input wire [31 : 0] s_axis_config_tdata
.m_axis_data_tvalid( ), // output wire m_axis_data_tvalid
.m_axis_data_tdata(m_axis_data_tdata), // output wire [15 : 0] m_axis_data_tdata
.m_axis_phase_tvalid(), // output wire m_axis_phase_tvalid
.m_axis_phase_tdata() // output wire [31 : 0] m_axis_phase_tdata
);

wire signed[7:0]Dreal = m_axis_data_tdata[15:8];
wire signed[7:0]Dimag = m_axis_data_tdata[7:0];

wire signed[27:0]o_fft_abs;

fft256 fft256_u(
.CLK (i_clk),
.RST (i_rst),
.ED (1'b1),
.START(start),
.SHIFT(4'b0000),
.DR ({Dreal[7],Dreal[7],Dreal[7],Dreal[7],Dreal[7],Dreal[7:3]}),
.DI (0),
.RDY (),
.OVF1 (),
.OVF2 (),
.ADDR (),
.o_fft_abs (o_fft_abs)
);

initial
begin
i_clk = 1'b1;
i_rst = 1'b1;
start = 1'b0;

1000

i_rst = 1'b0;
start = 1'b1;

10

start = 1'b0;
end

always #5 i_clk=~i_clk;

endmodule
```

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