Xilinx FFT IP核使用介绍
- 前言
- 一、ISE14.7的FFT使用详解
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- 1、IP核配置页面介绍：
- 2、IP核主要端口说明
- 二、FFT IP核使用
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- 1.频谱
- 2.缩放因子的使用
前言
一、ISE14.7的FFT使用详解
版本 ：Fast Fourier Transform v7.1
该版本FFT IP核是Xilinx公司配套FPGA开发工具ISE14.１推出的，其最大的系统时钟达到550MHz，最大的数据吞吐量达到550Msps，最大输入数据和相位因子位宽为34bit，支持所有的主流Xilinx FPGA芯片。
输入数据按自然顺序显示，输出数据可以按自然顺序显示，也可以按位/数字倒序输出。
FFT核接收复杂的数据样本，但可以通过将所有虚数输入设置位零来对实部数据进行转换。由于有限字长效应，在转换过程中，引入了噪声，导致输出数据不是完全的对称，故建议在执行实值FFT时，使用输出数据的后半部分（N/2+1，N）。
1、IP核配置页面介绍：
- 数据格式:选择输入和输出的数据样本是定点格式，还是IEEE-754单精度(32位)浮点格式。当核心处于多通道配置时，浮点格式不可用。
- 精度选项:输入数据和相位因数可以独立配置为8至34位的宽度，包括。当“数据格式”为“浮点型”时，输入数据宽度固定为32位，相位因数宽度可根据所需的噪声性能和可用资源设置为24位或25位。
- 缩放选项:有三个选项，适用于所有架构:未缩放-所有的整数位增长被携带到输出。这可以使用更多的FPGA资源。缩放-一个用户定义的缩放计划决定了数据如何在FFT阶段之间缩放。块浮点——核心决定需要多大程度的缩放才能充分利用可用的动态范围，并将缩放因子 告为块指数。
- 可选引脚:可选引脚有CE (Clock Enable)、SCLR (Synchronous Clear)、OVFLO (Overflow)。如果同时勾选“同步清除”，则会覆盖“时钟启用”。如果不选择该选项，可能会节省一些逻辑资源，并可能获得更高的时钟频率。
- 舍入模式:在蝴蝶的输出时，需要修剪数据路径中的lbs。这些位可以使用收敛舍入截断或舍入，这是一种无偏置舍入方案。当一个数的小数部分正好等于1 / 2时，如果数是奇数，收敛四舍五入;如果数是偶数，收敛四舍五入。收敛舍入可以用来避免直流电偏置，否则将引入截断后的蝴蝶阶段。选择此选项将增加切片使用，并由于额外的延迟而导致转换时间的小幅增加。
- 输出顺序:输出数据选择位/数字反转顺序或自然顺序。基于Radix-2的架构(流水线，流I/O, Radix-2，突发I/O和Radix-2 Lite，突发I/O)提供位反转排序，而基于Radix-4的架构(Radix-4，突发I/O)提供位反转排序。对于流水线、流I/O架构，选择自然顺序的输出顺序会增加核心使用的内存。对于突发I/O架构，选择自然阶输出会增加整体转换时间，因为需要一个单独的卸载阶段。如果输出顺序是自然顺序，可以选择循环前缀插入。循环前缀插入可用于所有体系结构，通常用于OFDM无线通信系统。
- 输入数据时序:在以前版本的Xilinx FFT核心中，输入数据在相应的样本索引之后应用三个周期，以允许处理包含数据样本的块内存。在许多情况下，这是没有必要的，在错误的周期中应用数据会使核心功能不正常。这个计时现在可以配置为向后兼容以前的版本，或者在样本索引和应用数据之间没有延迟(默认)。
二、FFT IP核使用
如下为小编例化的FFT IP核代码片段：
1.频谱
如上例化代码，在代码中直接操作实部：xk_re、虚部：xk_im，就可以得到一段波形的频谱了。再根据频率和索引的对应关系，就可以找到FFT积分区间内的频率值。
2.缩放因子的使用
在FPGA实际工程应用当中，使用FFT核就是为了得到频谱图，进而求出频率值。对过程当中的实际数据的准确度要求不严，如果工程中资源紧张，就更需要合理分布资源。故使用FFT缩放因子的功能可以有效降低FPGA实现FFT运算所占用的资源数量。缩放因子参数是压缩比例参数，由于多点运算FFT的计算量比较大，合理设置该参数可以有效减少资源的消耗。
当采样点数N不是4的幂次方时，最后一组只包含一个基2阶，只能用00或者01表示，例如：N = 512时，SCALE_SCH =[00 11 11 11]就是合理的，压缩2^(0+3+3+3) = 2^9=512倍。当SCALE_SCH =[11 11 11 11]就是不合理的。
当采样点数N是4的幂次方是，对最高阶的赋值没有要求。而N点采样最好压缩N倍。
在对scaled进行赋值后，IP核的输出结果可以进行移位还原，即进行如下操作：
注意：可以将IP核的ovflo信 引出，可以直观的在仿真波形中查看自己的scaled是否合理，如果设置的数值不够大，ovflo会溢出显示为高电平。
在此附上FFT核使用例程：https://download.csdn.net/download/qq_41894385/85535678，欢迎大家前来下载学习。
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