[发明专利]一种超长点数高性能FFT计算装置

说明书

本发明涉及数字信号处理领域，具体涉及一种超长点数超高性能FFT计算装置。本发明通过以下技术方案得以实现的：一种超长点数超高性能FFT计算装置，包含FFT计算模块和控制单元，所述FFT计算模块数量为两个，分别为计算模块一和计算模块二；还包含两个三维转置存储器和二维转置存储器；三维转置存储器一的数据输入端连接主存，数据输出端连接计算模块一；所述二维转置存储器的数据输入端连接所述计算模块一，数据输出端连接所述计算模块二。本发明的目的是提供一种超长点数超高性能FFT计算装置，通过全新的数据转置处理方式，增加数据平滑性，使得FFT数据处理过程中数据带宽利用率高，大大增加处理效率。

技术领域

本发明涉及数字信号处理领域，具体涉及一种超长点数高性能FFT计算装置。

背景技术

离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform，DFT）是数字信号处理的核心技术之一，广泛应用于数字通讯、语音处理、图像处理、谱估计、仿真、系统分析、雷达、光学、医学影像、天文等应用领域中。而快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）则是建立在DFT的基础上的，利用DFT的系数特性，合并DFT运算中的某些项，把长序列DFT变成短序列DFT，从而减少其运算量。FFT是最常见的数字信号处理算法，在各种数字信号处理系统中扮演重要的角色，是时域和频域转换的基本运算。例如，在电子对抗中，利用FFT算法可以实时地进行谱估计，从而检测噪声调频干扰信号;在雷达信号处理中，FFT算法可以用来完成频率检测、引导以及各种相关处理。

在FFT中，蝶形计算单元为基本的组成部分，一次蝶形运算往往由复乘和实数相加构成。蝶形变换方法将N点DFT的运算量降低，包括时间抽取和频率抽取两种分解方式，每种抽取方式又分为基-2、基-4、基-8、基-16或者质数基等不同实现方式。

进一步的，随着FFT处理点数的增加，FFT算法不仅存在处理器资源受限的问题，而且其性能也很难满足现有应用系统对强实时性的要求。目前芯片技术的发展已经不能够适应摩尔定律和突破存储墙的限定，传统FFT算法性能已接近极限值。为了追求更高的处理性能，如公开号为CN201611214049.2的中国专利文件公开了一种超大点数FFT算法。其对于大点数FFT计算，将一维大点数序列FFT拆分成二维小点数来运算，该方法能够将FFT运算划分成更小的粒度来进行处理。其实现的主要流程为：将一维序列拆分成二维矩阵并转置；行方向FFT处理；乘以铰链因子；对结果转置存储；列方向FFT处理；将处理结果转置存储，得到序列的FFT结果。

这样的计算方式的确能使每一级的FFT处理点数大大减小，降低了对存储资源的需求。但依然存在着一定的缺陷：

首先，即便采用一维FFT的二维级联处理，能够处理的点数仍然受限。

其次，在FFT点数超过计算装置处理能力时，数据的多次读写涉及大量缓冲和互连结构，并且效率极大受损。

第三，在这个过程中需要使用到旋转因子和铰链因子，而旋转因子和铰链因子的生成需要使用CORDIC算法，即坐标旋转数字计算方法，在这个过程中面积开销和电路延迟都较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种超长点数高性能FFT计算装置，通过全新的数据转置处理方式，增加数据平滑性，使得FFT数据处理过程中数据带宽利用率高，大大增加处理效率。

本发明通过以下技术方案得以实现：一种超长点数高性能FFT计算装置，包含FFT计算模块和控制单元，所述FFT计算模块数量为两个，分别为计算模块一和计算模块二；

该种超长点数高性能FFT计算装置还包含两个三维转置存储器和二维转置存储器；

三维转置存储器一的数据输入端连接主存，数据输出端连接计算模块一；

所述二维转置存储器的数据输入端连接所述计算模块一，数据输出端连接所述计算模块二；