Vivado中FFT9.1 IP核的使用(1)
目录
1、xilinx FFT IP介绍
2、FFT IP接口介绍
3、xilinx FFT IP的仿真测试
4、修改
5、参考:
1、xilinx FFT IP介绍
1)正向和反向复数FFT,运行时间可配置。
2)变换大小N = 2m,m = 3 – 16
3)数据采样精度bx = 8 – 34
4)相位系数精度bw = 8 – 34
5)算术类型:
- 无标度(全精度)定点
- 定标定点
- 浮点数
6)定点或浮点接口
7)蝴蝶后舍入或截断
8)Block RAM或分布式RAM,用于数据和相位因子存储
9)可选的运行时可配置转换点大小
10)可扩展的定点核心的运行时可配置扩展时间表
11)位/数字反转或自然输出顺序
12)用于数字通信系统的可选循环前缀插入
13)四种架构在内核大小和转换时间之间进行权衡
14)位精确的C模型和用于系统建模的MEX功能可供下载
15)有四种运算架构可供选择
- Pipelined Streaming I/O
- Radix-4 Burst I/O
- Radix-2 Burst I/O
- Radix-2 Lite Burst I/O
2、FFT IP接口介绍
1)AXI4-Stream 介绍
AXI4-Stream接口带来了标准化,并增强了Xilinx IP LogiCORE解决方案的互操作性。除了诸如aclk,acclken和aresetn之类的常规控制信号以及事件信号之外,到内核的所有输入和输出都通过AXI4-Stream通道进行传输。通道始终由TVALID和TDATA以及必填字段和可选字段(如TREADY,TUSER和TLAST)组成。TVALID和TREADY一起执行握手以传输消息,其中有效负载为TDATA,TUSER和TLAST。内核对包含在TDATA字段中的操作数进行运算,并将结果输出到输出通道的TDATA字段中。
上图显示了在AXI4-Stream通道中的数据传输。TVALID由通道的源(主)端驱动,而TREADY由接收器(从属)驱动。TVALID指示有效负载字段(TDATA,TUSER和TLAST)中的值有效。TREADY表示从机已准备好接收数据。当一个周期中的TVALID和TREADY均为TRUE时,将发生传输。主机和从机分别为下一次传输分别设置TVALID和TREADY。
2)s_axis_config_tdata接口介绍
s_axis_config_tdata接口携带配置信息CP_LEN,FWD / INV,NFFT和SCALE_SCH。
NFFT(变换的点大小):NFFT可以是最大变换的大小或任何较小的点大小。例如,1024点FFT可以计算点大小1024、512、256等。NFFT的值为log2(点大小)。该字段仅在运行时可配置的转换点大小时出现。
CP_LEN(循环前缀长度):从转换结束起,在输出整个转换之前,最初作为循环前缀输出的样本数。CP_LEN可以是小于点大小的从零到一的任何数字。该字段仅在循环前缀插入时出现。
FWD_INV:指示是执行前向FFT变换还是逆向FFT变换(IFFT)。当FWD_INV = 1时,将计算前向变换。如果FWD_INV = 0,则计算逆变换。
SCALE_SCH伸缩时间表:对于突发I / O架构,伸缩时间表由每个阶段的两位指定,第一阶段的伸缩由两个LSB给出。缩放比例可以指定为3、2、1或0,代表要移位的位数。N = 1024,Radix-4 Burst I / O的示例缩放计划是[1 0 2 3 2](从最后阶段到第一阶段排序)。对于N = 128,Radix-2 Burst I / O或Radix-2 Lite Burst I / O,一个可能的扩展时间表是[1 1 1 1 0 1 2](从最后阶段到第一阶段排序)。对于流水线I / O架构,从两个LSB开始,每两对Radix-2级用两位指定扩展时间表。例如,N = 256的缩放时间表可以是[2 2 2 3]。当N不是4的幂时,最后一级的最大位增长为一位。例如,对于N = 512,[0 2 2 2 2]或[1 2 2 2 2]是有效的缩放时间表,但是[2 2 2 2 2]无效。对于此变换长度,SCALE_SCH的两个MSB只能为00或01。此字段仅可用于缩放算法(非缩放,块浮点或单精度浮点)。
s_axis_config_tdata接口格式:
1.(可选)NFFT加填充
2.(可选)CP_LEN加填充
3.前转/后转
4.(可选)SCALE_SCH
举例:
内核具有可配置的转换大小,最大大小为128点,具有循环前缀插入和3个FFT通道。内核需要配置为执行8点变换,并在通道0和1上执行逆变换,并在通道2上执行前向变换。需要4点循环前缀。这些字段采用表中的值。
这给出了19位的向量长度。由于所有AXI通道必须与字节边界对齐,因此需要5个填充位,从而s_axis_config_tdata的长度为24位。
3)相关标志信号
3、xilinx FFT IP的仿真测试
FFT的长度选择8点,x输入序列为x=[1,2,3,4,5,6,7,8];
Matlab验证:
x = [1,2,3,4,5,6,7,8];
y =fft(x,8);
realy=real(y);
imagy=imag(y);
Y的实部输出为realy=[36,-4,-4,-4,-4,-4,-4,-4];
Y的虚部输出为imagy=[0,9.6569,4,1.6569,0,-1.6569,-4,-9.6569];
FPGA仿真验证:
1)IP的设置
注意:此处应该设置为顺序输出;
注意:IP核配置结束,端口位宽以及具体分配可以在这里看出!
2)仿真顶层
`timescale 1ns / 1ps
//
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2020/06/28 21:17:52
// Design Name:
// Module Name: fft_tsb
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//module fft_tsb();reg aclk; reg [7 : 0] s_axis_config_tdata;reg s_axis_config_tvalid; wire s_axis_config_tready; wire [31 : 0] s_axis_data_tdata; reg s_axis_data_tvalid; wire s_axis_data_tready; reg s_axis_data_tlast; wire [31 : 0] m_axis_data_tdata;wire m_axis_data_tvalid; reg m_axis_data_tready; wire m_axis_data_tlast;reg [15:0] real_data;reg [15:0] imag_data;wire [15:0] real_dataout;wire [15:0] imag_dataout;reg [9:0] cnt;assign s_axis_data_tdata={real_data,imag_data};assign real_dataout = m_axis_data_tdata[31:16];assign imag_dataout = m_axis_data_tdata[15:0];initial beginaclk = 0;s_axis_config_tdata=8'b0;s_axis_config_tvalid=1'b0;s_axis_data_tvalid=1'b0;s_axis_data_tlast=1'b0;real_data=16'd0;imag_data=16'd0;cnt = 0;m_axis_data_tready=1'b1;#1000;s_axis_config_tdata=8'b0000_0001;s_axis_config_tvalid=1'b1;#10;s_axis_config_tdata=8'b0000_0000;s_axis_config_tvalid=1'b0;#1000;repeat(8)begins_axis_data_tvalid=1'b1;real_data=real_data+16'd1;cnt=cnt+1;if(cnt==8) s_axis_data_tlast=1'b1;#10;ends_axis_data_tvalid=1'b0;s_axis_data_tlast=1'b0;real_data=16'd0;#1000;$stop;endalways #(5) aclk= ~aclk;
xfft_0 Uxfft(.aclk(aclk), // input wire aclk.s_axis_config_tdata(s_axis_config_tdata), // input wire [7 : 0] s_axis_config_tdata.s_axis_config_tvalid(s_axis_config_tvalid), // input wire s_axis_config_tvalid.s_axis_config_tready(s_axis_config_tready), // output wire s_axis_config_tready.s_axis_data_tdata(s_axis_data_tdata), // input wire [31 : 0] s_axis_data_tdata.s_axis_data_tvalid(s_axis_data_tvalid), // input wire s_axis_data_tvalid.s_axis_data_tready(s_axis_data_tready), // output wire s_axis_data_tready.s_axis_data_tlast(s_axis_data_tlast), // input wire s_axis_data_tlast.m_axis_data_tdata(m_axis_data_tdata), // output wire [31 : 0] m_axis_data_tdata.m_axis_data_tvalid(m_axis_data_tvalid), // output wire m_axis_data_tvalid.m_axis_data_tready(m_axis_data_tready), // input wire m_axis_data_tready.m_axis_data_tlast(m_axis_data_tlast) // output wire m_axis_data_tlast );
endmodules
仿真结果:
4、修改
可以看出,3中调用FFT核计算结果与Matlab计算结果实部相同,虚部出现不一致;出现问题的原因是数据传输的时候(输入和输出),实部虚部的顺序搞反了,修改以后输出与Matlab一致;
这里只附上修改后运行结果:
可以看出,结果正确。
5、参考:
FPGA开源工作室
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