FFT 

简介 

芯来快速傅里叶变换（FFT）是一类用于离散傅里叶变换（DFT）数字计算的高效算法。在信号处理过程中，可以收集和分析信号的时域和频域信息。

主要特性 

FFT 的主要特性如下：

支持变换点大小 n = 2^m，其中 m = 4 ~ 12。
支持 16 位和 32 位定点数据格式。
支持总线最大传输宽度 64 位。
支持基 2 按时间抽取（DIT）和按频率抽取（DIF）的 FFT、IFFT 算法。
支持蝶形运算后的舍入和截断饱和，以防止溢出。
支持三种类型的输入数据数组：虚部和实部交替（IRIR）、先实部后虚部（RnIn）、仅实部（R_R）、实部和虚部分离（RR,II）。
支持单端口本地 SRAM 缓存，并且总线可以独立访问 SRAM 功能。
支持加速外部功能，如缩放、复数乘法、实数乘法、偏移等，类似于计算单元，具体需看硬件是否配置了此功能。

功能描述 

FFT 模块框图 

FFT IP 可以实现基于基 2 时域和频域抽取的 FFT 和 IFFT，可以与 SoC 总线上的其他 IP 结合使用，也可以部分加速其他涉及乘法单元的功能。支持多组本地 SRAM 乒乓缓存，并且总线可以独立访问 SRAM 功能。其硬件架构框图如图 3.1 所示。

该 IP 可以支持 16 点到 4096 点的 FFT 和 IFFT，具体工作模式可以通过 SoC 总线配置寄存器控制单元完成。工作模式配置完成后，开启 IP 使能信号。当流控模块发送 TX 请求时，数据流通过 SoC 总线传输，并在排列和预处理后存储在 SRAM 中。数据传输的大小与点数的配置有关。数据准备就绪后，蝶形单元开始进行乒乓读写操作。操作完成会触发完成标志信号，流控模块发送 RX 请求，并通过 SoC 总线将计算结果传输到目标地址。

如果当前寄存器配置保持不变，FFT 流控模块可以继续发送 TX 请求以启动下一次 FFT 操作。否则，需要重新配置。

FFT 配置使用 

示例

以下示例展示了 FFT IP 的详细配置。

表 3.1: FFT 参数
参数	值
FFT 点数	16 点数
定点数据格式	32位
计算模式	时域 FFT
输入模式	RIRI
输入数据缩放使能与否	使能
输入数据舍入使能与否	使能

表 3.2: 配置寄存器
寄存器	位域	值
FFT_CTRL	FFT_POINT	4’b1000
FFT_CTRL	FFT_CAL_MODE	2’b00
FFT_CTRL	FFT_ENABLE	1’b1
FFT_CTRL	FFT_INPUT_MODE	2’b00
FFT_CTRL	FFT_DATA_FORM	1’b0
FFT_CTRL	FFT_SCAL_EN	1’b1
FFT_CTRL	FFT_ROUND_EN	1’b1
BUS_SRC_ADDR	BUS_SRC_ADDR	32’h30000000
BUS_DES_ADDR	BUS_DES_ADDR	32’hC0000000

在这种情况下，可以实现基于基 2 时域的 32 位 FFT。步骤如下：

步骤 1：通过总线配置 FFT 计算工作模式寄存器，包括 FFT 使能、点数、数据模式、计算模式等。
步骤 2：在步骤 1 完成后，使能 FFT 配置完成标志，用于旋转因子和 FFT 操作数据传输。
步骤 3：流控模块发送读数据请求，数据流通过 SoC 总线传输，并在排列和预处理后存储在 SRAM 中，这可以与步骤 2 的同时进行。
步骤 4：首先传输旋转因子，完成后拉高 tf_done 信号，然后传输操作数据。这可以在步骤 2 完成后进行。
步骤 5：拉高 FFT 启动信号，蝶形单元开始进行乒乓读写操作。操作完成会触发 FFT 计算完成标志信号 alu_done，这可以在步骤 4 完成后进行。
步骤 6：流控模块发送写请求，并通过 SoC 总线传输计算结果，这可以在步骤 5 完成后进行。
步骤 7：FFT 整个操作完成后，拉高 FFT_done 信号。如果配置保持不变，FFT 可以启动下一次计算。

中断 

FFT 有两组中断信号，一组是总线传输的读中断错误和写中断错误；另一组是 FFT 内部中断类型，分为 fft 计算工作中、计算结束标志和旋转因子传输结束标志。

表 4.1: FFT 中断请求
中断事件	事件标志	使能控制位
ICB 总线读错误	fft_bus_rd_err_intr	fft_bus_rd_err_intr_mask
ICB 总线写错误	fft_bus_wr_err_intr	fft_bus_wr_err_intr_mask
FFT 完成	fft_done_intr	fft_done_intr_mask
FFT 工作中	fft_work_intr	fft_work_intr_mask
旋转因子完成	fft_tf_done_intr	fft_tf_done_intr_mask

寄存器 

FFT 寄存器 

FFT 中的寄存器及其对应偏移量如 FFT 中寄存器的偏移地址如下表所示：

表 5.1: FFT 中寄存器的偏移地址
偏移	寄存器名称	功能描述
0x0	FFT_CTRL	FFT 计算模式配置
0x4	FFT_INT_CTRL	FFT ICB 总线中断配置
0x8	FFT_INT_STATUS	FFT ICB 总线中断状态
0x14	BUS_SRC_ADDR	ICB 总线源地址
0x18	BUS_DES_ADDR	ICB 总线目的地址
0x1C	FFT_CFG_DONE	FFT 配置完成状态
0x24	BUS_SRC_IMAGE_ADDR	ICB 总线源图像地址
0x30	FFT_SRAM_SEL	FFT SRAM 选择控制寄存器
0x80	FFT_IP_VER	FFT 版本寄存器

FFT_CTRL 寄存器

地址偏移：0x0

表 5.2: FFT_CTRL 的寄存器格式
字段	位	访问	复位值	描述
FFT_POINT	3:0	读/写	0x0	FFT 操作长度点数配置 4’d0: 4096 点操作 4’d1: 2048 点操作 4’d2: 1024 点操作 4’d3: 512 点操作 4’d4: 256 点操作 4’d5: 128 点操作 4’d6: 64 点操作 4’d7: 32 点操作 4’d8: 16 点操作
FFT_CAL_MODE	5:4	读/写	0x0	时域和频域操作模式选择 2’d0: 时域 FFT 2’d1: 频域 IFFT 2’d2: 频域 FFT 2’d3: 时域 IFFT
FFT_ENABLE	6	读/写	0x0	FFT 操作使能 1’b0: 禁用 1’b1: 使能
FFT_INPUT_MODE	8:7	读/写	0x0	FFT 输入数据排列方式 2’d0: 按 RIRI 方法输入 2’d1: 按 RnIn 方法输入 2’d2: 仅输入实部，虚部默认为 0 2’d3: 先输入实部，后输入虚部
FFT_DATA_FORM	9	读/写	0x0	FFT 计算数据位宽选择 1’b0: 32 位数据计算 1’b1: 16 位数据计算
FFT_SCAL_EN	10	读/写	0x1	FFT 数据输入缩放使能控制 1’b0: 禁用 1’b1: 使能
FFT_ROUND_EN	11	读/写	0x1	FFT 数据舍入使能控制 1’b0: 禁用 1’b1: 使能
FFT_SHIFT_DFS	12	读/写	0x1	FFT 数据移位使能控制 1’b0: 禁用 1’b1: 使能
保留	31:13	/	0x0	/

FFT ICB 总线中断配置寄存器

地址偏移：0x4

表 5.3: FFT_INT_CTRL 的寄存器格式
字段	位	访问	复位值	描述
BUS_WR_ERR_INTR_MASK	0	读/写	0x0	ICB 总线写错误中断掩码
BUS_WR_ERR_INTR_MASK	1	读/写	0x0	ICB 总线读错误中断掩码
FFT_DONE_INTR_MASK	2	读/写	0x0	FFT 完成中断掩码
FFT_WORK_INTR_MASK	3	读/写	0x0	FFT 工作中中断掩码
TF_DONE_INTR_MASK	4	读/写	0x0	旋转因子完成中断掩码
保留	31:5	/	0x0	/

FFT ICB 总线中断状态寄存器

地址偏移：0x8

表 5.4: FFT_INT_STATUS 的寄存器格式
字段	位	访问	复位值	描述
BUS_WR_ERR_INTR	0	写0清除	0x0	ICB 总线写错误中断
BUS_RD_ERR_INTR	1	写0清除	0x0	ICB 总线读错误中断
FFT_DONE_INTR	2	写0清除	0x0	FFT 完成中断
FFT_WORK_INTR	3	写0清除	0x0	FFT 工作中中断
TF_DONE_INTR	4	写0清除	0x0	旋转因子完成中断
保留	31:5	/	0x0	/

ICB 总线源地址寄存器

地址偏移：0x14

表 5.5: BUS_SRC_ADDR 的寄存器格式
字段	位	访问	复位值	描述
BUS_SRC_ADDR	31:0	读/写	0x0	总线传输源数据块的低基地址

ICB 总线目的地址寄存器

地址偏移：0x18

表 5.6: BUS_DES_ADDR 的寄存器格式
字段	位	访问	复位值	描述
BUS_DES_ADDR	31:0	读/写	0x0	总线传输目的数据块的低基地址

FFT 配置完成状态寄存器

地址偏移：0x1C

表 5.7: FFT_CFG_DONE 的寄存器格式
字段	位	访问	复位值	描述
FFT_CFG_DONE	0	读/写	0x0	FFT 配置操作完成控制
保留	31:1	/	0x0	/

BUS_SRC_IMAGE_ADDR

地址偏移：0x24

表 5.8: BUS_SRC_IMAGE_ADDR 的寄存器格式
字段	位	访问	复位值	描述
BUS_SRC_IMAGE_ADDR	31:0	读/写	0x0	总线传输源图像数据块的低基地址

FFT SRAM 选择控制寄存器

地址偏移：0x30

表 5.9: FFT_SRAM_SEL 的寄存器格式
字段	位	访问	复位值	描述
FFT_SRAM_SEL	0	读/写	0x0	FFT 内部 SRAM 选择控制 1’b0: 选择旋转因子传输到 SRAM 1’b1: 选择原始数据传输到 SRAM
保留	31:1	/	0x0	/

FFT IP 版本寄存器

地址偏移：0x80

表 5.10: FFT IP_VER 的寄存器格式
字段	位	访问	复位值	描述
FFT IP_VER	31:0	只读	0x0001_0002	32 位版本号： [31:24] 保留 [23:16] 主版本号 [15:8] 次版本号 [7:0] 补丁版本号