🚀 导论
为什么需要FFT卷积一体化？FPGA的优势在哪里？课程目标与前置知识要求。
01
📐 基础
离散傅里叶变换(DFT)原理、卷积定理、线性卷积与循环卷积的区别。
02
🧮 FFT
基2时间抽取(DIT)算法推导、蝶形运算单元、位反转排序。
03
🏗️ 架构
流水线架构(Pipelined)与单路径延迟反馈(SDF)架构对比、复数乘法器与旋转因子生成。
04
🔢 量化
定点数格式选择(Q格式)、量化误差分析、溢出处理策略、仿真验证方法。
05
🧩 IP核(一)
Xilinx FFT IP核配置指南——变换长度、数据格式、架构选择、缩放策略。
06
🧩 IP核(二)
Xilinx FFT IP核接口时序——AXI4-Stream协议、数据有效信号、块完成信号、溢出标志。
07
🧩 IP核(三)
多通道FFT实现、实时配置(Reconfigurable)功能、级联FFT设计方法。
08
⚡ 卷积
直接卷积(滑动窗)与FFT卷积的复杂度对比、重叠保留法(Overlap-Save)原理。
09
📦 重叠保留(一)
输入数据缓冲与分段策略、乒乓操作(Ping-Pong Buffer)设计。
10
📦 重叠保留(二)
FFT与IFFT的流水线衔接、频域复数乘法器设计、数据对齐与延迟匹配。
11
📦 重叠保留(三)
输出数据重组与丢弃策略、连续流模式下的状态机控制。
12
🧬 一体化(一)
顶层模块划分——数据通路与控制通路分离、AXI4-Stream接口标准化。
13
🧬 一体化(二)
控制状态机设计——空闲、加载、FFT、乘法、IFFT、输出各状态转换。
14
🧬 一体化(三)
参数化设计——可配置的FFT长度、重叠因子、滤波器系数加载方式。
15
🎛️ 滤波器
低通/带通滤波器系数生成(MATLAB)、系数量化与ROM存储、系数更新机制。
16
✅ 验证(一)
Testbench架构设计——数据激励生成、参考模型(黄金模型)搭建、自动比对方法。
17
✅ 验证(二)
定点仿真与浮点仿真对比、信噪比(SNR)与均方误差(MSE)评估、覆盖率分析。
18
⏱️ 时序
关键路径识别、流水线插入(Pipeline Insertion)、多周期路径约束、时钟域交叉处理。
19
⚙️ 资源
DSP48块的高效使用、BRAM的复用与拆分、逻辑资源与存储资源的平衡策略。
20
💡 功耗
时钟门控(Clock Gating)、数据使能信号控制、动态功耗与静态功耗的权衡。
21
🔍 调试
ILA(Integrated Logic Analyzer)使用技巧、VIO(Virtual Input/Output)在线调试、常见问题排查。
22
🧠 高级(一)
块浮点(Block Floating Point)实现、自适应缩放策略、高吞吐率架构设计。
23
🧠 高级(二)
多核并行FFT卷积、分布式处理架构、数据流的分发与汇聚。
24
🧠 高级(三)
支持可变长度卷积的弹性架构、动态重构(Dynamic Partial Reconfiguration)应用。
25
🎵 案例(一)
基于FFT卷积的FIR滤波实现、延迟要求与资源评估。
26
📡 案例(二)
大点数FFT卷积、实时性要求与硬件加速比分析。
27
📶 案例(三)
频域均衡(FDE)实现、与FFT卷积的异同。
28
📊 评估
与GPU/DSP实现对比、吞吐率/延迟/功耗/成本综合评估、选型建议。
29
🎯 总结
关键技术回顾、常见设计陷阱总结、未来发展方向(AI加速器中的FFT卷积融合)。
30