FPGA基础学习(1) -- FFT IP核（Quartus）

为了突出重点，仅对I/O数据流为steaming的情况作简要说明，以便快速上手，有关FFT ip核模型及每种设置详细介绍请参考官方手册FFT MegaCore Function User Guide。

1 配置

在FFT Megacore Function中选择“parameterize”，弹出对话框。
“Parameters”栏中，选择器件、转换数据的长度、数据精度已经旋转因子的精度。注意旋转因子精度必须小于等于数据精度。

“Architecture”栏中，有FFT引擎选择，在I/O数据流选择Streanming(流水线)的时候，引擎默认为1个四输出引擎。
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“Implementation Options”栏中，Structure中选择乘法器和加法器组合，有4 Mults/2 Adders和3 Mults/5 Adders两种，本例选择前者。Implement Multiplier in代表实现FFT的逻辑资源分配形式，有DSP Blocks/Logic cells、DSP Blocks ONLY和Logic Cells ONLY三种，Logic cells顾名思义就是消耗FPGA的逻辑资源，而DSP Blocks则将一部分逻辑资源用Embedded Multiplier 9-bit elements表示。本例选择DSP Blocks/Logic cells混合模式。全局时钟和存储器选择采用默认方式。

FFT Megacore Function中“step 2”为跟仿真有关的选项，根据需求选择即可。

“step 3”生成IP核。注意，在生成IP核的过程中，进度条可能会卡主不动，可能是破解的问题（版本13.1）。遇到该问题时，多试几次，或者改动设计参数，可能会顺利生成。

2 信号

生成的FFT IP核，其端口列表如下，相关的详细说明可以在官方手册中查到：

端口说明

端口	端口类型	说明
Inverse	/	改变FFT变换方向，置1时为FFI的你变换。
Sink_valid	I	拉高表示通知FFT即将有N个数据输入
Sink_sop	I	输入数据起始标记脉冲（维持一个时钟的高电平），与第一个数据同步
Sink_eop	I	输入数据结束标记脉冲（维持一个时钟的高电平），与最后一个数据同步
Sink_real	I	输入数据的实部
Sink_imag	I	输入数据的虚部
sink_error	I	指示数据流的错误信息：00——没有错误；01——丢失SOP；10——丢失EOP;11——多余的EOP;
sink_ready	O	FFT模块准备就绪，可以接收数据
source_ready	I	表明downstream模块（理解为FFT的后续接收数据模块）可以接收数据
source_error	O	表明upstream模块或者FFT模块出了问题，错误信息提示与sink_error一样
source_sop	O	输出数据起始标记
source_eop	O	输出数据结束标记
source_valid	O	置高，准备输出结果
source_exp	O	结果数据缩放因子：这个指数位的意思打个比方说吧，比如它是3，就是说这时输出的虚部和实部的数值要除以2的3次方，如果是10，就要除以2的10次方，如果对结果精度要求不高的话，可以直接截去相应的长度，比如指数是3，实部输出101101110111，那么此刻实际的值应该为101101110.111；取整就是101101110
source_real	O	变换后输出数据的实部
source_imag	O	变换后输出数据的虚部

3 仿真结果

sink_ready由FFT模块发出，代表其准备就绪。复位至少数个周期。当复位失效，FFT准备就绪后，sink_ready被置高。将Sink_valid拉高，通知FFT准备接收发来的数据。Sink_sop代表流水线输入数据的开始，在Sink_sop拉高的同时，第一个数据已经发送。

当一帧的数据（FFT处理的点数）输出完成后，将sink_eop拉高，代表一帧数据的结束，注意最后一个数据在sink_eop拉高的同时传输。注意：如果多帧数据连续输入，为了简化程序设计，将两帧数据中间放置一个时钟的周期的间隔，此时必须将Sink_valid拉低一个时钟周期，否则FFT的sourse_error会报01的错误，即缺少数据开始标志Sink_sop。当然，在程序设计上让Sink_sop和sink_eop首尾相连，则不需要拉低一个周期的Sink_valid。

在数个时钟周期之后，FFT模块开始输出转换完成的数据。与输入相似，当完成时，FFT模块会拉高转换完成信号source_valid和输出起始标志信号source_sop，与此同时，第一个数据输出。

当一帧数据转换完成后，FFT模块会将source_eop拉高，同时输出最后一个转换完成的数据。