筆者在校的科研任務(wù)，需要用FPGA搭建OFDM通信系統(tǒng)，而OFDM的核心即是IFFT和FFT運(yùn)算，因此本文通過(guò)Xilinx FFT IP核的使用總結(jié)給大家開(kāi)個(gè)頭，詳細(xì)內(nèi)容可查看官方文檔PG109。

我們直接來(lái)看看FFT IP核配置界面：

由于OFDM接收機(jī)中大多是數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換后的連續(xù)低速并行數(shù)據(jù)流輸入FFT，故這里采用流水線結(jié)構(gòu)。之后根據(jù)OFDM子載波數(shù)選擇變換長(zhǎng)度。該IP核僅支持50MHZ采樣率數(shù)據(jù)的流水線處理，如果數(shù)高速通信場(chǎng)合，可以再次將數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換用多個(gè)FFT IP核并行運(yùn)算，也就是FPGA設(shè)計(jì)中常用的“面積換速度”。

第二頁(yè)中比較重要的是選擇數(shù)據(jù)格式和縮減 截?cái)嗵幚?。此IP核支持浮點(diǎn)運(yùn)算，但隨之會(huì)消耗大量的硬件資源，且延遲也較大，所以多采用定點(diǎn)運(yùn)算方式。定點(diǎn)運(yùn)算中固定的bit位寬很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出，在蝶形運(yùn)算過(guò)程中僅保留高位而整體右移可把計(jì)算過(guò)程中增加的位寬去除掉，最后再左移即可，顯然這種做法是在犧牲計(jì)算精度來(lái)降低硬件資源。設(shè)置Scaling Options為Scaled則在FFT IP核配置通道可以自定義縮減因子。當(dāng)設(shè)置縮減位寬后，選中本頁(yè)左下角的OVFLO溢出信號(hào)，仿真過(guò)程中可以通過(guò)溢出信號(hào)確定合適的縮減因子。

第三頁(yè)主要是設(shè)置底層資源，對(duì)功能沒(méi)有多大影響。存儲(chǔ)部分可以用BRAM和DRAM兩種資源，這里普及下：兩者主要的區(qū)別在于BRAM是FPGA內(nèi)部專用的硬件存儲(chǔ)資源，用不用都在那里（你見(jiàn)或者不見(jiàn)，我就在那里，不來(lái)不去。。。好像在哪里見(jiàn)過(guò)），而DRAM是利用SLICEM中的LUT搭建出來(lái)的，相當(dāng)于是BRAM的補(bǔ)充。在存儲(chǔ)量較小時(shí)，DRAM可能會(huì)表現(xiàn)出更好的功耗和速率優(yōu)勢(shì)。正如官方文檔介紹的，在變換長(zhǎng)度小于1024，即占用存儲(chǔ)資源少的情況下可使用DRAM。而下面的Optimize Options則可以權(quán)衡使用CLB和DSP Slices。

接口和配置可以說(shuō)是所有IP核使用的重中之重。

AXI總線的統(tǒng)一封裝給IP核調(diào)用帶來(lái)了很多方便，各部分功能通道相互分開(kāi)結(jié)構(gòu)非常清晰。每個(gè)通道的data以字節(jié)為單位的packet傳輸信息，如config通道信息如下：

在這一通道中要在數(shù)據(jù)進(jìn)入前設(shè)置好變換方式和縮減因子，此處配置為正變換，縮減因子[1 1 1 1]。給大家看下OFDM接收機(jī)工程中FFT運(yùn)算部分的仿真波形圖：

din是DD-OFDM ADC 接收數(shù)據(jù)，只有一路實(shí)部信號(hào)。dout_I,dout_Q分別是FFT運(yùn)算后復(fù)數(shù)中的實(shí)部和虛部。顯然FFT運(yùn)算后得到了信號(hào)的不同頻率成分，下面的dout_vld負(fù)責(zé)提取赫比特對(duì)稱中數(shù)據(jù)載波。希望本文能起到拋磚引玉的作用，歡迎交流~

審核編輯：湯梓紅