基于FPGA的數字脈沖壓縮系統(tǒng)實現

采樣數據首先存入FIFO中進行全局緩存，然后FFT單元從FIFO中讀取采樣數據，緊接著進行FFT運算，結果在流水輸出時直接與匹配濾波器系數相乘，并將運算結果寫入塊RAMl中，最后IFFT單元從塊RAMl中讀取復乘后的數據進行IFFT(復用FFT運算IP核)運算，結果寫入塊RAMl后發(fā)送中斷信號，等待DSP讀取。
2．2．1 FFT處理單元的硬件復用
在系統(tǒng)中FFT處理單元通過使用軟核Fast Fourier Transform v3．O來實現的。該IP核提供3種結構選擇。
(1)管線級，數據流水I／0。這種結構將若干基-2蝶形單元級聯起來，使得數據的輸入、計算、輸出可以流水進行，從而可以達到很高的處理速度，但資源消耗較大；
(2)基-2，最少資源消耗。這種結構采用單個基-2蝶形單元對輸入數據進行變換，運算消耗的時間較長；
(3)基-4，突發(fā)I／O；這種結構采用單個基-4蝶形單元對輸入數據進行變換，并利用塊RAM來存儲旋轉因子，占用系統(tǒng)資源較少，在1個PRT內可以完成脈壓結果的輸出，從而在資源和速度這兩者之間達到很好的平衡，也是設計中實際采用的結構。
FFT處理單元主要包括2個過程：數據I／O和運算過程，但兩者不是流水執(zhí)行的。FFT啟動信號有效后，數據開始進行裝載，裝載完成后開始進行FFT運算；等待運算結束后，結果才可以輸出。在運算過程中，不發(fā)生數據的裝載或輸出。
在數字設計中，FFT和IFFT處理單元時可以采用相同的結構來實現的。具體的方法是：在做IFFT運算前，先交換輸入數據的實部和虛部，然后送入FFT處理單元按照FFT的結構進行運算，并交換FFT運算結果的實部和虛部，最后除以運算點數N，就可以得到IFFT的運算結果。
該IP核基于上面的方法同時具有進行IFFT運算的功能，通過實時配置端口FWD INV上的電平可以實現復用，分別完成FFT和IFFT運算。在FPGA設計中，利用結構復用減少邏輯單元塊，不僅可以節(jié)約系統(tǒng)資源，而且能夠減少結構間的硬連線及傳輸線時延，有利于提高系統(tǒng)的工作頻率。
2．2．2 脈沖壓縮模塊的時序設計
由于FFT和IFFT的邏輯運算功能已經在IP核中實現，因此時序設計便顯得尤為重要。在FFT(或IFFT)運算單元中，主要的狀態(tài)與時序控制信號及其功能描述如表1所示。

在采樣距離門有效期間，將樣本數據寫入FIFO中進行緩存。采樣結束后，通過FFT單元的寫使能信號(NFFT_WE和FWD_INV_WE)將NFFT=010 10及FWD_INV_WE=1寫入狀態(tài)控制寄存器設定工作模式，接著啟動START信號進行FFT運算，寫使能信號與sTART之間僅差1個時鐘周期。運算結束后，DONE信號有效1個時鐘周期，輸出使能信號UNLOAD與DONE同步，經過7個時鐘周期后數據有效信號DV開始有效，FFT運算結果開始流水輸出，同時與匹配濾波器的系數相乘，并存入RAM中。由于乘法運算的固有延遲，寫使能RAM_EN延遲DV信號2個時鐘周期。存儲結束時，IFFT單元的寫使能信號同時有效，并設定NFFT=01010及FWD_INV_WE=0，接著啟動START信號進行IFFT運算。運算結束后，DONE信號(與UNLOAD同步)再次有效，IFFT運算輸出結果在DV信號有效期間直接寫入RAM中。單個PRT內各控制信號的具體時序說明如圖4所示。