[发明专利]一种基于可重构技术的傅立叶变换的实现方法

说明书

技术领域

本发明属于嵌入式信息技术领域，一种基于可重构技术的快速傅立叶变换(Fast FourierTransform，FFT)算法的实现方法，可应用于面向移动通信终端的高性能嵌入式可重构阵列片上系统(system on chip，SoC)芯片设计中通信基带算法的优化。

背景技术

在大众已经习惯的计算模式中，处理器和专用集成电路(ASIC)一直是两大主流。伴随着应用领域特别是嵌入式环境对系统的性能、能耗、上市时间等指标需求的不断提高，传统的计算模式暴露出了种种弊端。

处理器方式能够灵活地实现各种应用，但却在性能上有缺陷；而硬件逻辑实现性能虽然高，但灵活性却很差。为了在计算性能和实现灵活性上做一个很好的权衡，可重构计算(Reconfigurable Computing)技术浮出了水面。可重构计算技术集中了处理器和专用集成电路的优势，能够提供高效灵活的计算能力，同时也是探索一条解决纳米级芯片高昂设计和投片成本的新路。当芯片特征尺寸降至45nm之后，芯片一次性工程(Non-RecurringEngineering，NRE)费用暴涨，可重构技术是降低芯片摊销成本，实现一款芯片多个应用的新路。在嵌入式领域中的一些主流的计算密集型应用都非常适合利用可重构计算技术去实现。面向交互式图形、图像和视频实时处理等高密度媒体信号计算，可重构阵列片上系统(systemon chip，SoC)芯片可以实现面向移动通信终端和高性能媒体处理等多种应用，为我国参与新一代媒体处理和高性能移动计算国际竞争提供战略技术储备。

离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)的目的是把信号由时域变换到频域，从而可以在频域分析处理信息，得到的结果再由DFT变换到时域。快速傅里叶变换(FastFourier Transform，FFT)是一种快速有效地计算离散傅里叶变换DFT的方法。按时间抽取的基于2^M点的一维FFT算法，是根据离散傅立叶变换的奇、偶、虚、实等特性，在输入序列分成越来越小的子序列上执行DFT运算。基于一个N点序列x(n)的DFT可以从两个N/2点序列的DFT求出，依次类推，可以继续分下去，最后剩下的是两点DFT。FFT算法的出现大大推动了离散傅里叶变换在各方面的应用。在数字信号处理系统中，FFT作为一个非常重要的工具经常使用，实现快速有效灵活的FFT运算对数字信号处理系统的优化和推广有着至关重要的作用。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于突破传统的模式，针对快速傅立叶变换(FFT)算法通用性强、数据量大、运算规整等特点，考虑到可重构系统指令并发执行、中间结果可循环利用、运算模块独立可配置及资源结构分布式可调度等优点，采用可重构技术来实现按时间抽取的基于2^M点的一维FFT算法，以达到性能和灵活性两者的平衡，不仅有利于算法的进一步开发和升级，同时也为实现一款芯片多种应用做好铺垫。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案针对常用的基于2^M点的离散傅立叶变换按时间抽取算法，2^M点的离散傅立叶变换可分解为M阶运算过程，每一阶运算由N/2个蝶形运算构成；其中M为任一正整数；N为需要进行傅立叶变换的序列的长度，即为2^M对应的值；该方法应用于包括总线、嵌入式微处理器、存储器、可重构阵列和直接存储器访问控制器的嵌入式系统，其中，嵌入式微处理器、存储器、可重构阵列和直接存储器访问控制器分别与总线通信，该方法包括如下步骤：

将傅立叶变换映射到可重构阵列上，即将傅立叶变换转化成数据流图，然后根据数据流图，配置可重构阵列，由可重构阵列来完成加速，由此实现傅立叶变换，即：

1)分析傅立叶变换，将其组成算法蝶形运算转换成数据流图的形式；

2)根据数据流图确定的运算流程，结合傅立叶变换数据非连续输入的特点，制定傅立叶变换的数据输入方式；

3)确定了数据流图和数据输入方式后，通过配置可重构阵列将傅立叶变换映射到可重构阵列上；

4)然后将配置信息、所需要使用到的运算数据存入相应的存储器中；

5)最后由嵌入式微处理器进行设置，启动可重构阵列进行运算，运算结束后，可重构阵列发出中断信号，嵌入式微处理器对可重构阵列内相关寄存器进行清零。