的,而存放运算数据的只能在个时钟周期内读出或者写入个数据的实部和虚部,因此必须在地址产生单元和之间和蝶形运算单元之间加入数据切换模块。
为此,在本单元设计了多路开关为蝶形运算单元输入数据,设计了多路开关为蝶形运算单元的输出数据顺利写入。
多路开关是将输入的串行数据转化为并行数据输出多路开关的作用与多路开关的作用恰好相反,是将输入的并行数据转化为串行数据输出。
数据切换模块结构如图所示。
多路开关多路开关图数据切换模块结构在图中,图为多路开关,串行输入组从中读出的数南京邮电大学通达学院届本科毕业设计论文据,并行输出两组数据,这两组数据经过块浮点操作截取其中的,分别对应蝶形运算上下结点数据的实部和虚部图为多路开关,输入两组的蝶形运算结果,串行输出组数据,分别对应写入的个数据的实部和虚部。
此外,还需要设计个的多路开关,用于以上数据地址的并串转换。
旋转因子的模块设计旋转因子的计算旋转因子实部和虚部为旋转因子事先在中分成实部和虚部产生,并将其转化成有符号定点数。
在这有符号数中,最高位为符号位,有效数据为。
由于旋转因子为纯小数,需要对旋转因子的实部和虚部乘以将其转化成整数。
下面给出利用完成上述任务的程序,这样旋转因子的实部和虚部分别被保存在和文件中。
设计和两组存储器大小相同,操作完全同步,所以可以共用组控制信号。
对于点的运算,设计成。
经过初始化,旋转因子的值可固定在中。
对于不同的蝶形运算,地址单元产生相应的地址送给,即可读出旋转因子的值。
旋转因子的初始化是利用中的工具来完成的。
数据的设置可以在中逐填写,然后生成格式,供调用也可以在环境下,先将数据文件保存成格式,然后转化为格式,这种方法更为方便。
格式的文件描述为南京邮电大学通达学院届本科毕业设计论文个旋转因子的实部或虚部值值得要注意的是,有符号数据的表示范围是,若实部或虚部的值为时,此虚部或实部乘以后为,超出了上述范围,此时应将数据改为。
减少旋转因子的读取操作减少旋转因子的读取次数是地址生成方法的重要指标之。
对旋转因子的读取,在保证快速的基础上,应尽量减少对存储器的重复读取操作,以降低处理器功耗。
对于的大点数处理系统而言,若采用倒序输入正序输出的时间运算方式,必须先将原始数据倒序输入中,而且在进行蝶形运算时,除第级操作外,其余各级依次进行的蝶形运算的旋转因子都不相同。
若采用正序输入倒序输出运算方式,每级中相同旋转因子的蝶形运算依次进行,且只需将最后结果整序处理即可,从而大大减少了的读取次数,降低了功耗。
时序控制单元设计时序控制单元模块主要负责对上述蝶形运算单元块浮点单元地址产生单元存储单元功能切换单元和数据切换单元的工作进行控制和协调,从而完成运算的整个流程。
运算涉及的处理单元比较多,控制较为复杂,而的分级运算使内部循环控制也变得较为复杂,因此,本单元采用型有限状态机的建模形式。
根据处理器的工作模式,时序控制单元的功能可具体描述为控制原始数据的输入产生系统所有子模块的工作使能信号控制各子模块的工作进程和状态控制中间数据的转换和最终结果输出。
时序控制单元接收外部复位信号后,首先进入初始状态,复位所有功能模式然后进入数据输入状态,产生,接收待算数据数据输入完成后,进入运算状态,对数据进行处理运算完成后,进入输出结果状态,产生信号,直到输出完成后发出信号,转入初始状南京邮电大学通达学院届本科毕业设计论文态。
该控制单元产生的具体控制信号有输入输出数据使能信号级数计数信号蝶形运算单元使能信号地址产生单元使能信号是读地址使能,是写地址使能,是输出地址使能的使能信号的读写控制信号的读控制,同时还是数据输入蝶形运算单元的使能信号中间数据暂存切换信号多路开关转换的控制信号,每级蝶形运算结束信号运算完成信号输出完成信号。
数字时钟管理器的设计在设计中,时钟的设计和使用至关重要。
为了适应大规模设计中多时钟高速度低时延的要求,系列器件提供个全局时钟缓冲器。
依据具体器件型号不同,系列器件包含个数字时钟管理器。
在本设计中,为了使蝶形运算单元的流水线操作顺利进行,必须产生个倍频的时钟信号。
此信号用来作为除蝶形运算单元以外的所有子单元的时钟输入信号。
在中调用专用设计工具,可简化的设计,提高设计效率。
在设计中,可选定以下个端口来设计倍频信号。
输入时钟信号,可以来自或。
反馈信号,该反馈信号必须源于或,并通过或相连。
控制信号,控制的初始化,通常接地。
输出时钟信号,与无相位偏移。
的倍频输出时钟信号。
状态信号,用于显示是否锁定。
输出时钟信号只有在为高电平时有效。
的系统实现在完成上述各单元设计的基础上,编写顶层文件将各个单元模块连接起来,进而实现点处理系统。
图所示图为的模块示意图。
南京邮电大学通达学院届本科毕业设计论文点图模块示意图图所示的模块示意图的端口描述如下外部时钟信号外部复位信号,外部输入数据,双端口输入,位宽输出使能信号,当运算完成后,为高电平,输出结果南京邮电大学通达学院届本科毕业设计论文,经过仿真运行,计算结果的实部和虚部分别存储到,文本文件中。
图所示图为正弦信号输出结果的总体仿真图。
图在中仿真图上述结果的比较图为处理器与计算的理论值的相对误差图。
上图是实部误差,下图是虚部误差。
图仿真输出与理论值间的误差从图中可以看出,实部和虚部数据相对误差大部分控制在左右,有几个数据的相对误差在左右,稍微大些,但总体上符合精度要求。
这表明采用块浮点结构可以达到定的处理精度。
南京邮电大学通达学院届本科毕业设计论文结束语随着数字信号技术的飞速发展,因为它的各种优点而日益收到数字信号系统设计的青睐。
处理器是数字信号处理中最重要的基本单元之,目前世界上的实现方案主要有等。
本文以基于的设计与实现作为选题,采用基时间抽取的算法,对此进行了详细的研究。
在此过程中,掌握了设计的基本流程,学会了仿真工具的使用,熟悉了的编程和设计过程。
在对算法结构以及相关计算数据流动特点的仔细分析的基础上,完成了整个处理器的设计仿真综合与实现,与实现结果相比,运算结果良好。
其中,蝶形运算采用流水线结构,加快了的处理速度溢出控制采用块浮点结构,相对提高了的运算精度算法基于正序输入倒序输出的方式,减少旋转因子的读取次数,降低了处理器功耗数据的存储和读取采用乒乓结构,配合蝶形运算的流水线工作方式,保证了数据的流水处理并且乘法器使用内嵌硬件资源实现,提高了芯片资源利用率,优化了系统设计。
本设计在芯片上得到了实现,所研究的处理器取得了定的成果,块浮点处理的相对误差大部分控制在左右,基本符合要求。
但在许多方面仍需要做进步的改进基顺序处理与基流水线处理相比,速度上存在相当大的差距块浮点运算与浮点运算相比,精度还有待提高采用多个蝶形运算单元并行运算,提高系统时钟性能进步优化设计,提高外部时钟频率,的工作速度会有所提高。
南京邮电大学通达学院届本科毕业设计论文致谢时间如梭,转眼毕业在即。
回想在大学求学的四年,心中充满无限感激和留恋之情。
感谢母校为我们提供的良好学习环境,也感谢所有教导过我的老师帮助过我的同学们,因为你们,我才能收获如此充实愉悦的大学生涯。
我由衷地感谢陈健老师与曾会硕士戴玺硕士在我大学科研生涯中给予我的指导和帮助。
特别是本课题的整个研究进程,从选题到研究过程中都得到老师和硕士前辈的悉心指导,帮助我开拓研究思路,精心点拨热忱鼓励。
老师和前辈丝不苟的作风,严谨求实的态度,踏踏实实的精神,将使我受益终生。
在与导师和前辈相处的每天都很快乐,很留恋与你们相处的每天。
对老师和前辈的感激之情是无法用言语表达的。
愿老师身体健康,工作顺利,生活幸福,感谢我的父母,父母的养育之恩无以为报,他们是我求学路上力量的源泉,在我迷失方向的时候给我指明道路,为我排忧解难。
谢谢你们的鼓励,我会更加努力。
在即将告别母校之际,我要真诚地感谢这里的每位老师,每个同学。
因为你们的出现,我的大学生活才会这样丰富多彩,也正是你们的出现,让我的这份有关青春梦想的回忆更加珍贵。
由于本人水平有限,虽经多次修改和校对,本文无论从深度还是广度上还较肤浅,仍有很多不完善和考虑欠妥之处,恳请各位老师和同学批评指正,本人将不胜感激。
谢谢,南京邮电大学通达学院届本科毕业设计论文参考文献王旭东,靳雁霞及其在中的应用第二版北京国防工业出版社,刘泉,厥大顺数字信号处理的原理及实现北京电子工业出版社,植强种基于的阵列处理器电子对抗技术孙志坚,刘学梅用实现实时信号处理的进步研究电子技术应用,张超基于的的算法设计和实现西安西安电子科技大学,褚振勇,翁木云设计及应用西安西安电子科技大学出版社,杨恒,李爱国,王辉等最新实用技术指南北京清华大学出版社,袁立波,张皓,唐振中应用开发从实践到提高北京中国电力出版社,任晓东,文博高级应用开发指南北京电子工业出版社,数字系统设计综合测试平台与验证第二版李广军,陈亦欧,李林,译北京电子工业出版社,程佩青数字信号处理教程第二版北京清华大学出版社,高西全,丁玉美数字信号处理第三版西安西安电子科技大学出版社,王诚,吴蕾设计的四种常用思想与技巧电子工程专辑,贾玉臣,吴嗣亮基于的专用信号处理器设计电讯技术第期马强基于的快速傅立叶变换实现南京南京理工大学,张泉可重用设计方法研究重庆工学院报,孙阳,李然基于的处理器的实现电子工程师袁俊泉数字系统设计及其应用西安西安电子科技大学出版社,李秋云,王佳设计实践与指导北京机械工工业出版社,薛年喜在数字信号处理中的应用北京清华大学出版社,梁虹,梁洁等信号与系统分析及实现北京电子工业出版社,出数据的实部,位宽输出数据的虚部,位宽输出数据的指数,点系统,位宽。
是将复信号序列变成它的复谱,输入数据为序列的实部和虚部,但在实际应用中需要处理的信号大都为实信号序列,此时输入端口的数据均为实部,只需调整输入地址即可。
对本文所设计的点处理系统,通过仿真后,利用对系统进行综合,生成逻辑网表。
快速傅里叶变换和逆变换的实现利用实现比较离散傅立叶变换和离散傅立叶反变换的运算公式,,从数学公式上看,与在形式上并没有区别,只是将中的旋转因子由换成,并最终结果乘以就可以得。
此时输入为,输出为。
南京邮电大学通达学院届本科毕业设计论文对式两边取共扼,得由于故所以先对序列取共轭,即将的虚部乘以,得到,再对进行处理然后对处理结果再取次共扼,并乘以,即得到。
这样和就可共用个子程序。
模块设计完成后,再实现,无论是在算法还是在硬件实现上都相对容易。
实序列的前面讨论的算法都是复数运算,包括序列也认为是复数,但大多数场合,信号是实数序列,实数可看






























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