基于FPGA的線性卷積的實時實現(xiàn)

5 性能分析與改進
FPGA的流水線結(jié)構(gòu)決定了速度的瓶頸取決于整個流程中處理速度最慢的部分。在FFT核速度可以保證的前提下(EP2S60的理論速度可以達到293．06 MHz)，而處理過程中全部使用FPGA內(nèi)部RAM來存儲中間數(shù)據(jù)，所以在本系統(tǒng)中，FPGA內(nèi)部的理論處理速度達到200 MHz以上。本系統(tǒng)的處理速度主要局限于A／D和D／A的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換率，根據(jù)實際測試，在100 MHz系統(tǒng)時鐘下，數(shù)據(jù)吞吐率可達100 Ms／s，滿足了設(shè)計技術(shù)指標。圖4給出了FPGA的資源占用。為了較好地檢測整個使用FFT_IFFT實現(xiàn)卷積的系統(tǒng)性能，設(shè)計了一個初略性能分析測試結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

在圖5中，由上位機產(chǎn)生的一組8 192點隨機復數(shù)a(t)寫入ROM中，作為FFT模塊的信號輸入，經(jīng)過FFT后將結(jié)果B(ω)存入RAM中，以方便上位機讀取并與a(t)使用Matlab計算出來的FFT結(jié)果A(ω)進行比較；接著將該FFT結(jié)果B(ω)再進行IFFT計算，由數(shù)字信號處理理論可知，一個信號進行FFT后再進行IFFT的結(jié)果應(yīng)該是信號本身，所以將B(ω)再進行IFFT計算后得到的結(jié)果b(t)存入RAM，由上位機讀取并與原始信號a(t)進行比較，可以分析整個卷積系統(tǒng)的處理誤差。圖6給出了計算FFT結(jié)果相對誤差的Matlab相關(guān)程序。

求出A(ω)的最大值max[A(ω)]，分別對B(ω)的實部和虛部計算相對誤差，得到如圖7所示的相對誤差曲線。由圖6可知，在FFT過程中，相對誤差可以保證在0．5％以內(nèi)。對FFT所得的結(jié)果B(ω)做IFFT得到b(t)，分析b(t)與原數(shù)據(jù)a(t)的誤差，得到如圖8所示的相對誤差曲線。