基于FPGA的64点FFT处理器：性能优化与应用

本篇硕士学位论文深入探讨了基于FPGA的64点快速傅里叶变换(FFT)处理器的设计。随着数字电子技术和集成电路设计制造技术的快速发展，数字信号处理(DSP)在数字图像处理等领域扮演着关键角色，其中离散傅里叶变换(DFT)作为时域和频域转换的核心运算，其运算效率直接决定了应用的广泛性。然而，标准的DFT由于计算量庞大，限制了其在实时处理中的应用。 为了克服这一问题，快速傅立叶变换(FFT)算法应运而生，它通过减少运算步骤实现了DFT的高效计算。该论文主要关注FPGA方法来实现FFT，因为相比于软件实现，硬件实现如ASIC、FPGA、DSP和通用处理机具有更高的执行速度和更低的复杂度。作者任炳宇选择使用FPGA作为平台，选择了基于频率抽取的基4算法，这种算法在运算量和控制复杂度之间找到了平衡。 在电路结构层面，论文着重优化了蝶形运算单元的设计，这有助于提升运算速度并降低整体复杂度。设计过程中，考虑了基4FFT的独特性质和蝶形运算的流程图，构建了包括控制单元、蝶形运算单元和存储单元在内的FFT处理器的关键组件。设计过程遵循FPGA的标准设计流程，使用了业界领先的EDA工具进行RTL编码、功能仿真、逻辑综合、静态时序分析以及自动布局布线。 经过ModelSim进行的逻辑综合和时序仿真表明，当外部时钟频率达到40MHz时，对于64点随机序列的FFT定点运算，运算时间仅为2微妙秒。这证明了基于FPGA的64点FFT处理器在处理高速实时信号时表现出极高的性能优势。因此，关键词如基4FFT算法、FPGA、FFT处理器、蝶形运算和64点FFT在本文中占据了核心位置，展示了作者对高性能信号处理硬件设计的深入理解和实践。