基于FPGA的數(shù)字脈沖壓縮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

采樣數(shù)據(jù)首先存入FIFO中進(jìn)行全局緩存，然后FFT單元從FIFO中讀取采樣數(shù)據(jù)，緊接著進(jìn)行FFT運(yùn)算，結(jié)果在流水輸出時(shí)直接與匹配濾波器系數(shù)相乘，并將運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)入塊RAMl中，最后IFFT單元從塊RAMl中讀取復(fù)乘后的數(shù)據(jù)進(jìn)行IFFT(復(fù)用FFT運(yùn)算IP核)運(yùn)算，結(jié)果寫(xiě)入塊RAMl后發(fā)送中斷信號(hào)，等待DSP讀取。
2．2．1 FFT處理單元的硬件復(fù)用
在系統(tǒng)中FFT處理單元通過(guò)使用軟核Fast Fourier Transform v3．O來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該IP核提供3種結(jié)構(gòu)選擇。
(1)管線級(jí)，數(shù)據(jù)流水I／0。這種結(jié)構(gòu)將若干基-2蝶形單元級(jí)聯(lián)起來(lái)，使得數(shù)據(jù)的輸入、計(jì)算、輸出可以流水進(jìn)行，從而可以達(dá)到很高的處理速度，但資源消耗較大；
(2)基-2，最少資源消耗。這種結(jié)構(gòu)采用單個(gè)基-2蝶形單元對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，運(yùn)算消耗的時(shí)間較長(zhǎng)；
(3)基-4，突發(fā)I／O；這種結(jié)構(gòu)采用單個(gè)基-4蝶形單元對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，并利用塊RAM來(lái)存儲(chǔ)旋轉(zhuǎn)因子，占用系統(tǒng)資源較少，在1個(gè)PRT內(nèi)可以完成脈壓結(jié)果的輸出，從而在資源和速度這兩者之間達(dá)到很好的平衡，也是設(shè)計(jì)中實(shí)際采用的結(jié)構(gòu)。
FFT處理單元主要包括2個(gè)過(guò)程：數(shù)據(jù)I／O和運(yùn)算過(guò)程，但兩者不是流水執(zhí)行的。FFT啟動(dòng)信號(hào)有效后，數(shù)據(jù)開(kāi)始進(jìn)行裝載，裝載完成后開(kāi)始進(jìn)行FFT運(yùn)算；等待運(yùn)算結(jié)束后，結(jié)果才可以輸出。在運(yùn)算過(guò)程中，不發(fā)生數(shù)據(jù)的裝載或輸出。
在數(shù)字設(shè)計(jì)中，F(xiàn)FT和IFFT處理單元時(shí)可以采用相同的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體的方法是：在做IFFT運(yùn)算前，先交換輸入數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部，然后送入FFT處理單元按照FFT的結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)算，并交換FFT運(yùn)算結(jié)果的實(shí)部和虛部，最后除以運(yùn)算點(diǎn)數(shù)N，就可以得到IFFT的運(yùn)算結(jié)果。
該IP核基于上面的方法同時(shí)具有進(jìn)行IFFT運(yùn)算的功能，通過(guò)實(shí)時(shí)配置端口FWD INV上的電平可以實(shí)現(xiàn)復(fù)用，分別完成FFT和IFFT運(yùn)算。在FPGA設(shè)計(jì)中，利用結(jié)構(gòu)復(fù)用減少邏輯單元塊，不僅可以節(jié)約系統(tǒng)資源，而且能夠減少結(jié)構(gòu)間的硬連線及傳輸線時(shí)延，有利于提高系統(tǒng)的工作頻率。
2．2．2 脈沖壓縮模塊的時(shí)序設(shè)計(jì)
由于FFT和IFFT的邏輯運(yùn)算功能已經(jīng)在IP核中實(shí)現(xiàn)，因此時(shí)序設(shè)計(jì)便顯得尤為重要。在FFT(或IFFT)運(yùn)算單元中，主要的狀態(tài)與時(shí)序控制信號(hào)及其功能描述如表1所示。

在采樣距離門(mén)有效期間，將樣本數(shù)據(jù)寫(xiě)入FIFO中進(jìn)行緩存。采樣結(jié)束后，通過(guò)FFT單元的寫(xiě)使能信號(hào)(NFFT_WE和FWD_INV_WE)將NFFT=010 10及FWD_INV_WE=1寫(xiě)入狀態(tài)控制寄存器設(shè)定工作模式，接著啟動(dòng)START信號(hào)進(jìn)行FFT運(yùn)算，寫(xiě)使能信號(hào)與sTART之間僅差1個(gè)時(shí)鐘周期。運(yùn)算結(jié)束后，DONE信號(hào)有效1個(gè)時(shí)鐘周期，輸出使能信號(hào)UNLOAD與DONE同步，經(jīng)過(guò)7個(gè)時(shí)鐘周期后數(shù)據(jù)有效信號(hào)DV開(kāi)始有效，F(xiàn)FT運(yùn)算結(jié)果開(kāi)始流水輸出，同時(shí)與匹配濾波器的系數(shù)相乘，并存入RAM中。由于乘法運(yùn)算的固有延遲，寫(xiě)使能RAM_EN延遲DV信號(hào)2個(gè)時(shí)鐘周期。存儲(chǔ)結(jié)束時(shí)，IFFT單元的寫(xiě)使能信號(hào)同時(shí)有效，并設(shè)定NFFT=01010及FWD_INV_WE=0，接著啟動(dòng)START信號(hào)進(jìn)行IFFT運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)束后，DONE信號(hào)(與UNLOAD同步)再次有效，IFFT運(yùn)算輸出結(jié)果在DV信號(hào)有效期間直接寫(xiě)入RAM中。單個(gè)PRT內(nèi)各控制信號(hào)的具體時(shí)序說(shuō)明如圖4所示。