[發明專利]一種1-D/2-D混合架構FFT處理器

有效

• 申請號: 201410023273.8
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103699517A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 張多利;黃路;杜高明;宋宇鯤;賈靖華
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F17/14
• 分類號: G06F17/14
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明公開了一種一維/二維（1-D/2-D）混合架構FFT處理器，屬于數字信號處理領域。

背景技術

目前，快速傅立葉變換(FFT)在數字通信、圖像處理、語音識別、雷達處理等領域有著廣泛的應用，硬件實現FFT有軟件不可比擬的速度優勢，其基于現場可編程門陣列(FPGA)的實現方法有著重要的研究價值。通常采用基-2FFT算法來處理長度為2ⁿ信號的FFT運算。N點基-2的快速傅里葉變換因為其廣泛的用途和自身的特殊性，要求其硬件實現的運算速度快，而且要兼顧硬件面積，兩者之間必須有良好的均衡。

現有技術中，1-D?FFT處理器和2-D大點數FFT處理器均可實現任意2ⁿ點(n=5,6…14)單精度浮點數FFT/IFFT運算，但它們在具體實現上各有缺陷，現分別討論：

1、1-D?FFT處理器

1-D?FFT處理器如圖1所示，內部集成FFT控制器、存儲控制單元、FFT運算單元和2組4*4K片上數據存儲器。FFT運算單元內部集成讀寫地址生成單元、2個蝶形運算單元、旋轉因子生成器。對于N點FFT運算需要2N個數據存儲單元RAM，存儲資源太大。

1-D?FFT處理器采用基-2算法和固定尋址結構，每個時鐘周期能夠并行完成2個蝶形運算，即每個時鐘周期從片上存儲器并行讀取4個操作數和兩個系數，產生4個結果并寫到片上存儲器。

2、2-D?FFT處理器

2-D?FFT處理器如圖2所示，內部集成控制器、存儲控制單元、FFT運算單元、數據傳輸單元、3組4*256臨時存儲器(Memory0/1/2_x)和一塊16K片上數據存儲器。FFT運算單元內部集成讀寫地址生成單元、2個蝶形運算單元、旋轉因子生成器。2-D?FFT處理器增加傳輸模塊進行一維行列數據傳輸。FFT處理的最大點數為16K，需要16K片上數據存儲器作為二維FFT緩存。

1-D?FFT處理器的數據存儲資源很大，2-D大點數FFT處理器對于N點FFT運算只需要N個數據存儲單元RAM，大大壓縮內部存儲資源。由于多個數據傳輸延時、蝶形單元流水延時和訪存延時的疊加，使的2-D大點數FFT處理器大大增加FFT運算時鐘周期.

終上所述一維(1-D)FFT處理器，運算速度較快，但數據存儲資源較大。二維(2-D)FFT處理器可以實現一維大點數FFT運算，大大壓縮內部存儲資源，但運算速度較慢，而且僅限于大點數FFT運算。

發明內容

本發明為避免上述現有技術所存在的不足之處，綜合考慮FFT運算速度、存儲資源消耗以及靈活性，提供一種1-D/2-D混合架構FFT處理器，以期可以達到速度和資源之間的均衡。

本發明解決技術問題，采用如下技術方案：

本發明1-D/2-D混合架構FFT處理器，其特點在于：所述處理器包括控制器、存儲系統、數據交換網絡、數據傳輸單元及FFT運算單元；

所述控制器用于控制數據傳輸單元和FFT運算單元；

所述存儲系統包括2組4*2K片上數據存儲器(Memory0/1_x)和3組4*32臨時儲存器(Memory2/3/4_x)，2組4*2K片上數據存儲器和3組4*32臨時儲存器采用簡單雙口RAM；根據16K=128*128，二維FFT處理模式需要處理的最大一維FFT為128點，為了節省存儲資源，FFT處理器采用3組4*32的臨時存儲器乒乓操作完成行列一維FFT運算。

所述數據交換網絡包括內存儲控制單元、外存儲控制單元及多路選擇器；

所述內存儲控制單元用于對2組4*2K片上數據存儲器和3組4*32臨時儲存器進行靈活的地址分配和管理以滿足FFT/IFFT計算過程中并行數據讀取和存儲的要求，避免地址沖突的產生，并為FFT運算單元和數據傳輸單元訪問5組數據存儲器提供統一接口，使每一個數據端口（包括操作數端口、傳輸數據端口、運算結果端口）都能對各塊片上存儲器的任意存儲單元進行訪存，而無需關心該存儲單元屬于哪一塊片上存儲器；

所述外存儲控制單元為數據傳輸單元訪問2組4*2K片上數據存儲器提供統一接口；

所述多路選擇器用于選擇內存儲控制單元或外存儲控制單元進行訪問2組4*2K片上數據存儲器；

所述數據傳輸單元用于完成2組4*2K片上數據存儲器和3組4*32臨時儲存器之間的數據傳輸，實現實時行或列數據搬運，為FFT運算單元提供將要進行的行或列FFT運算操作數，并把FFT運算單元計算結果傳回2組4*2K片上數據存儲器中；