Xilinx FFT IP v9.0 使用

该ip用于实现N=2**m(m=3~16)点FFT的变换，

实现的数学类型包含：

A)      定点全精度

B)      定点缩减位宽

C)      块浮点

每一级蝶型运算后舍入或者取整。对于N点运算。FFT还是逆FFT，scaling策略以及循环前缀的长度是执行时可配置的，可随帧改变，改变变换点数会复位FFT ip核。

有四种可选择的FFT的实现架构：

1）  PipelinedStreaming I/O

2）  Radix-4Burst I/O

3）  Radix-2Burst I/O

4） Radix-2 Lite Burst I/O

FFTip核使用基二和基四分解法计算离散傅里叶变换，对于Burst I/O architectures採用时域抽取法实现，对于Pipelined Streaming I/Oarchitecture.使用频域抽取法。当使用基四计算时。其蝶型算法的级数是log 4 (N)。每一级包含N/4的基四蝶型运算。对于点数不是4的指数情况，则须要一个额外的基二来组合数据。

类似的基二实现法须要log 2 (N)级蝶型运算。对于scaling方法。其每一级的scaling因子由s_axis_config_tdata来配置。

Ip核的port例如以下：

watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQv/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/Center" alt="">

输入输出方向在上图中已经非常明显了，以下描写叙述port作用

Aclk输入时钟。上升沿有效

Aclken ：使用有效信号，高使能

Aresetn：同步复位信号，低电平有效（至少保持aclk两个时钟周期）

s_axis_config_tdata：包含配置信息，CP_LEN, FWD/INV, NFFT，SCALE_SCH.

上面信号全部s開始的表示的是axi信号的slave端，m是master端。

各信号作用參考《Fast Fourier Transform v9.0 LogiCORE IP Product Guide》

以8点FFT示意，configure

watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQv/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/Center" alt="">

implementtation

summary

因为xilinx自带的testbench是VHDL的。这里给出自己写的verilog版本号的testbench。

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company:
// Engineer: shichaog
//
// Create Date: 04/13/2016 08:35:42 PM
// Design Name:
// Module Name: TB_fft256
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
module TB_fft256;
	// Inputs
	reg aclk;
	reg s_axis_config_tvalid;
	reg s_axis_data_tvalid;
	reg s_axis_data_tlast;
	reg m_axis_data_tready;
	reg [15:0] s_axis_config_tdata;
	reg [95: 0] s_axis_data_tdata;

	// Outputs
	wire s_axis_config_tready;
	wire s_axis_data_tready;
	wire m_axis_data_tvalid;
	wire m_axis_data_tlast;
	wire event_frame_started;
	wire event_tlast_unexpected;
	wire event_tlast_missing;
	wire event_status_channel_halt;
	wire event_data_in_channel_halt;
	wire event_data_out_channel_halt;
	wire [95 : 0] m_axis_data_tdata;

	reg[23:0] mem0_re[0:7];
	reg[23:0] mem1_re[0:7];
    reg[23:0] mem2_re[0:7];
	initial $readmemh("/home/gsc/FPGA_exercise/bf_verilog/stimulus0_24bit.dat",mem0_re);
	initial $readmemh("/home/gsc/FPGA_exercise/bf_verilog/stimulus1_24bit.dat",mem1_re);
	initial $readmemh("/home/gsc/FPGA_exercise/bf_verilog/stimulus2_24bit.dat",mem2_re);

	reg[7:0]   op_sample= 0;
	reg        op_sample_first = 1;
	reg[7:0]   ip_frame=0;
	reg[7:0]   op_frame=0;

	integer i;

	// generate clk
    always #5 aclk =! aclk;

	// Instantiate the Unit Under Test (UUT)
xfft_256 uut (
      .aclk(aclk),                                                // input wire aclk
      .s_axis_config_tdata(s_axis_config_tdata),                  // input wire [15 : 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 [95 : 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 [95 : 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
      .event_frame_started(event_frame_started),                  // output wire event_frame_started
      .event_tlast_unexpected(event_tlast_unexpected),            // output wire event_tlast_unexpected
      .event_tlast_missing(event_tlast_missing),                  // output wire event_tlast_missing
      .event_status_channel_halt(event_status_channel_halt),      // output wire event_status_channel_halt
      .event_data_in_channel_halt(event_data_in_channel_halt),    // output wire event_data_in_channel_halt
      .event_data_out_channel_halt(event_data_out_channel_halt)  // output wire event_data_out_channel_halt
    );

	initial begin
		// Initialize Inputs
		aclk = 0;
		s_axis_config_tvalid = 0;
		s_axis_config_tdata = 0;
		s_axis_data_tvalid = 0;
		s_axis_data_tdata = 0;
		s_axis_data_tlast = 0;
		m_axis_data_tready = 0;

		// Wait 100 ns for global reset to finish
		#150;
		m_axis_data_tready = 1;
		s_axis_config_tvalid = 1;
		//s_axis_config_tdata = 16'b0101100101011011; // FFT desired (and not IFFT
		s_axis_config_tdata = 16'b0000000000000111; // FFT desired (and not IFFT

		//s_axis_data_tlast = 1;
		s_axis_data_tdata = 96'h000000;
		s_axis_data_tvalid = 0;

		begin
		  for(i=0;i<8;i=i+1)
		      begin
                #10
                s_axis_data_tvalid <= 1;
                s_axis_data_tdata <= {{24'h000000},mem1_re[i],{24'h000000},mem0_re[i]};
		        $display("mem_a[%d] = %h", i, mem0_re[i]);
//		        if(i== 256)
//		            s_axis_data_tlast <= 1;
//		        else
//		            s_axis_data_tlast <= 0;
                end

	    end
		#10;
		s_axis_data_tdata = 96'h000000;
        s_axis_data_tvalid = 0;
		#1000 $finish;
		//$stop

	end
endmodule

stimulus0_24bit.dat文件内容例如以下：

000000
000001
000002
000003
000004
000005
000006
000007

stimulus1_24bit.dat文件内容随便。这里是两个通道的FFT计算。

仿真波形图例如以下：

MATLAB计算所得的FFT结果例如以下：

将FFT结果的放大后得到例如以下图：

MATLAB计算的结果是28。而fpga仿真结果是00000e，-4则是fffffe。这是由于设置了scaling因子，且scaling因子是2，即28/2=14。

关于hls的实现见：

http://blog.****.net/shichaog/article/details/50811449