[实用新型]一种FFT处理器

说明书

技术领域

本实用新型涉及电子通信技术领域，尤其涉及一种FFT处理器。

背景技术

快速离散傅里叶变换（FFT）/快速反傅里叶变换（IFFT）是离散傅里叶变换（DFT）/离散反傅里叶变换（IDFT）的快速实现方式，是数字信号处理中常用的技术。由于DFT/FFT运算和IDFT/IFFT运算过程基本一致，因此FFT和IFFT可以采用相同的电路实现方法。

Cooley和Tukey实用新型了FFT算法，FFT的的基本思想是将原有N点序列分解成两个或更多的较短序列并重新组合成原序列的DFT，使间接算法的运算次数比直接计算DFT的运算次数少得多，从而提高DFT的计算速度。

一方面，FFT/IFFT的分解运算基本可分为两类:一类是将时间序列x(n)进行逐次分解，称为按时间抽取算法(Decimation In Time，DIT)；另一类将傅立叶变换序列X(k)进行分解，称为按频率抽取算法(Decimation In Frequency，DIF)。而按照FFT分解的短序列的个数M，可以将FFT/IFFT算法可以分为若干种，一般称为基-M算法。例如，基2FFT算法可以将N点DFT运算分解成 个2点DFT运算过程；基4FFT算法可以将N点DFT运算分解成个4点DFT运算过程；基8FFT算法可以将N点DFT运算分解成个8点DFT运算过程。

另一方面，当前FFT处理器的硬件实现结构包括递归结构、流水线结构和全并行结构。递归结构又叫共享内存结构，所占硬件资源最少，只有一个运算处理单元，但所需运算时间较长，不能连续处理FFT计算请求，只适应于偶尔需要FFT运算的场合；流水线结构采用多级运算单元，前一级运算单元将结果送入下一级运算单元后可计算下一次FFT而无需等待FFT运算完成，流水线结构可连续计算前后数据不重叠的N点FFT；对于前后数据重叠的连续FFT计算，只能采用全并行结构，该结构每一级运算针对点数N设置对应的运算单元，每一级运算时延可低至单个系统时钟周期，可实现任意N点FFT的连续计算，但占用硬件资源巨大。实际应用中需要作任意N点FFT连续计算的场合非常少，因此采用流水线设计FFT处理器最为普遍。

上述FFT处理器的流水线结构主要有3类：单路延时转接器结构（Single-path Delay Commutator, SDC）、多路延时转接器结构（Multi-path Delay Commutator, MDC）和单路延时反馈转接器结构（Single-path Delay Feedback, SDF）。因为基2SDC（R2SDC）结构在基2 蝶形分解运算时与R2SDF相比没有优势，所以基2FFT处理器主要采用基2MDC（R2MDC）和基2SDF（R2SDF）结构。

基2MDC和基2SDF结构都具有控制简单易于实现的特点，占用的电路资源也相差不大，其中基2SDF结构需要的存储器少一点，而基2MDC结构的计算时延更短一些。但基2MDC和基2SDF结构的复数乘法器的利用率较低（只有50%），因此整个FFT处理器需要的乘法器数量较多。

由于FFT/IFFT运算由复数乘法和复数加法运算构成，乘法运算远比加法运算复杂，因此FFT处理器的电路规模主要由复数乘法器决定。基2MDC和基2SDF结构会因为复数乘法器利用率过低导致电路资源占用较大。

又一方面，FFT处理器的数据格式目前主要有定点格式、浮点格式和块浮点格式。定点格式计算简单，但是需要考虑数据溢出检测和处理机制，数据动态范围小；浮点格式计算精度高，能处理的数据动态范围大，还能有效减少计算的累积误差，但占用的电路资源巨大且功耗较高。常用的块浮点结构由于利用共享指数，因此可以基于定点运算模块处理较大的数据动态范围，但是每一级运算需要块浮点整理单元调整共享指数，而块浮点整理单元需要作统计运算处理，其数据格式并不适合流水式的电路结构。

因此，现有技术还有待发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种FFT处理器，旨在解决现有FFT处理器占用电路资源大，数据格式与流水式电路结构不匹配的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种FFT处理器，包括输入模块、运算模块以及输出模块，所述运算模块包括基2蝶式运算单元，其中，所述基2蝶式运算单元至少包括一个用于统一浮点输入数据指数的指数对齐电路、用于执行定点数据运算的运算单元以及用于执行指数规格化处理的规格化电路；