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第1章 绪论 1.1论文研究背景 随着现代科学技术的发展，尤其达到了制造大规模集成电路工艺水平，数字信号处理技术相应的发展空间很大。数字信号处理是一门很前沿的交叉型学科理论深厚，技术发展很迅速、广泛应用于众多领域。数字信号处理理论和技术是当前高新理论和技术的强有力的基础，它研究信号处理的客观规律性，即如何把信号用数字或符号表示成序列，然后通过计算机或通用(专用)信号处理设备，采用数字的数值计算方法处理，以提取有用的信息以便应用。数字信号处理技术具有很高的灵活性、高精度和高稳定性、便于大规模集成和对数字信号进行存储、运算，系统可以获得高性能指标等特点。因此数字信号处理技术在生物医学、遥感遥测、地质勘探、航空航天、故障检测、声学、光学、通信、语音系统、信号和图像处理中有着广泛的应用。而傅立叶变换算法在数字信号处理的应用中起着极其重要的作用，它是系统的核心部分，对傅立叶变换算法进行研究很有必要。分析各种算法的特点，针对不同场合的应用选择合适的算法设计出FFT处理器可以大大减少计算量和硬件资源，达到优化系统的目的。 目前，FFT己广泛应用在频谱分析、匹配滤波、数字通信、图像处理、语音识别、雷达处理、遥感遥测、地质勘探和无线必威体育官网网址通讯等众多领域。在不同应用场合，需要不同性能要求的FFT处理器。在很多应用领域都要求FFT处理器具有高速度、高精度、大容量和实时处理的性能。因此，如何更快速、更灵活地实现FFT变得越来越重要。 1.2 FFT处理器的发展现状 FFT处理器是FFT算法的硬件实现，针对其硬件实现方案，主要有三种途径: (1)利用通用数字信号处理芯片来实现(DSP处理器) 针对一般数字信号处理算法的实现，采用通用可编程硬件处理器技术来实现FFT。这种实现方法具有软件设计多用性的优点，能够适用于各种需要FFT运算进行信号处理的应用场合，灵活方便。但是，通用DSP处理器构成的FFT处理机采用循环编码算法，程序量小，但存在大量的冗余运算，需要许多跳转操作，处理速度较慢，难以满足现代数字信号处理高速、大规模、实时性的要求。在进行大点数FFT计算时，并行算法与DSP处理器的寻址能力不相适应，不能有效利用数据传输的带宽和运算能力，造成硬件资源的浪费。 (2)利用专用FFT芯片或用户定制的专用集成电路来实现(ASIC) 针对FFT的特有算法，用专用的硬件组成专用的FFT芯片来实现FFT。ASIC在一些特殊功能的表现上相当好。这种方案运算速度快，可靠性高，非常适合实时和对靠性要求较高的信号处理系统，但专用FFT芯片不能重新组态，可编程能力有限。在产品发展过程中，它的功能无法任意修改或改进。因此，任何的线路改版都需要重新设计并且重新制造，这不仅增加开发成本，而且造成产品快速上市的障碍，不太适合处理算法和参数经常改变的场合。 (3)利用可编程逻辑器件来实现(以FPGA为代表) 随着FPGA技术的普及，以及FFT算法在各个领域的广泛应用，使用FPGA芯片设计FFT正在世界范围内兴起。FPGA芯片具备在线可编程能力，具有硬件结构可重构的特点，适合于算法固定、运算量大的前端数字信号处理。新近推出的FPGA产品都采用多层布线结构，更低的核心电压，更丰富的输入/输出管脚，更大容量的逻辑单元，内置嵌入式RAM资源，内部集成多个数字锁相环，嵌入多个硬件乘法器，所有这一切都使得FPGA在数字信号处理领域显示出自己特有的优势。目前在国际市场上，专用FTF处理器可以达到的速度数量级普遍为1024点16位字长定点、块浮点、浮点运算在几十和数百μs量级，其中采用TI公司的DsP62x定点系列实现1024个复数点FFT达到66娜量级处理速度，DSP64x系列达到36娜量级 。现在，以FPGA芯片生产厂商为主的公司在基于FPGA设计FFT的综合研究方面处于领先地位，而且由于FPGA芯片生产厂商对本厂生产芯片性能上的了解，设计的FTF处理器可以最大限度的发挥芯片的性能。FPGA厂商XILINX公司和ALTERA公司都研制了FFT IP(InielleuctalPrPoeyrt)核，性能非常优越。采用双XILINX公司的DSPCoer中的FFTIP核处理16位1024点数据，在Virtex11系列基一2结构、246MHz外频时钟下，速度达到25.49 娜量级;ALTEAR公司2006年4月推出的FFT IP核，全面支持ALTERA公司的必威体育精装版器件，使用此FFT IP核计算16位1024点数据，在332MHz外频时钟下仅需要6.3娜。FFT护核通常专为要求高可靠性的应用场合而设计，如雷达、地面和高空通信、声学、石油和医疗信号处理等，且价格十分昂贵，难以在基层应用领域普及。国内外学者在用FPGA实现FFT处理器方面做了大量的工作，并取得