Intel_Parallel_FFT_IP 使用指南

【时间：2023 年 04 月 14 日, 来源：本站原创, 作者：Derek Xu】

本文介绍如何使用 Intel Parallel_FFT_IP，讲解 IP 配置界面中需要配置的参数，探讨 IP 的使用实例和测试数据案例，以及分享一些使用要点，方便开发者在并行 FFT IP 的使用过程中起到参考作用。

什么是 Parallel_FFT_IP？

Parallel_FFT_IP 是可以实现并行 FFT 操作的 IP 核。与一般的串行 FFT IP 核相比，它可以在一个时钟周期内同时处理多个输入数据，减少了 FFT 操作所需的时间。在并行数据处理应用中，也可以减少数据串并转换的操作。

IP 配置界面

在 Quartus IP Catalog 窗口搜索 Parallel FFT Intel FPGA IP，双击打开并行 FFT 配置界面。具体的配置参数及含义，如下图 (图1) 所示：

图1 Parallel FFT IP 配置界面
图 1 Parallel FFT IP 配置界面

Parallel_FFT_IP 使用实例

对 IP 进行配置后，生成 HDL 文件，并在工程中实例化。需要注意的是，模块实例化后数据输入的顺序从 LSB 到 MSB 分别为第一个数据的实部、第一个数据的虚部，一直到最后一个数据的实部、最后一个数据的虚部。以 2 点并行的 FFT，16bit 位宽输入为例，数据输入顺序如下图 (图2) 所示：

图2 16bit 位宽2点并行FFT输入数据顺序
图2 16bit 位宽 2 点并行 FFT 输入数据顺序

使用 Modelsim 仿真时，首次编译 IP 文件会报错，如下图 (图3) 所示：

图3 Modelsim 仿真报错
图3 Modelsim 仿真报错

此时直接双击上图 (图3) 中蓝色圈起来的地方，打开 Quartus 自动生成的 IP 文件，如下图 (图4) 所示： 

图4 需要修改的部分
图4 需要修改的部分

将上图 (图4) 橘色标记部分 use work.dspba_sim_library_package.all 修改为 use work.dspba_library_package.all (删除_sim)，再次编译，即可通过。在与 MATLAB 对比输出数据时，我们需要注意小数点的位置。此 IP 模块输出数据的小数位数与输入数据的小数位数相等。

假设输入的 16bit 数据定点格式如下图 (图5) 所示，最高 bit 位为符号位，3bit 整数位，12bit 小数位。这里需要注意定点格式可以用户自己定义，只不过在与 MATLAB 测试数据做对比的时候需要注意小数点的位置。 

图5 输入数据定点格式
图5 输入数据定点格式

以 32 点 FFT，16bit 位宽，2 点并行输入为例。由于内部乘加器的原因，16bit 的数据输出变成了 16+5+1=22bit 位宽，并且输出数据的小数位个数与输入数据的小数位个数相同， 即输出数据为 1bit 符号位，9bit 整数位，12bit 小数位，即如下图 (图6) 所示。 

图6 输出数据定点格式
图6 输出数据定点格式

此时为保证最小损失精度，要求输出数据位宽与输入数据位宽保持一致 (16bit)，数据裁剪的方案为裁剪掉最低的 6bit 数据，即裁剪后的定点数格式如下图 (图7) 所示。由此可见，数据经过裁剪后，小数点的位置发生了变化，在与 MATLAB 测试数据做对比时，需要注意小数点的位置。

图7 裁剪后数据的定点格式
图7 裁剪后数据的定点格式

由于 MATLAB 的 FFT 输入输出均为自然顺序，而 Intel 的 FFT_IP 若输入是自然顺序，输出则是比特反转的顺序。输入是比特反转的顺序，输入则是自然顺序。在与 MATLAB 测试数据做对比时，需要将其中一方的输出调整顺序。

Parallel_FFT_IP 测试案例

以 32 点 FFT，16bit IQ 数据位宽，2 点并行输入为例，将 Parallel FFT IP core 配置为 FFT 模式，自然顺序输入。假设数据输入的定点格式，如上图 (图5) 所示，Parallel FFT IP core 与 MATLAB 对应的输入测试结果对比，如下表 (表1、表2) 所示：

表1 MATLAB 输入测试数据
表1 MATLAB 输入测试数据
表2 Parallel_FFT_IP 输入测试数据
表2 Parallel_FFT_IP 输入测试数据

Parallel FFT IP core 与 MATLAB 对应的输出测试结果对比，如下表 (表3、表4、表5) 所示：

表3 MATLAB 输出测试数据
表3 MATLAB 输出测试数据
表4 Parallel_FFT_IP 输出测试数据
表4 Parallel_FFT_IP 输出测试数据
表5 Parallel_FFT_IP 输出测试数据（调整顺序,裁剪为 16bit，6bit 小数位）
表5 Parallel_FFT_IP 输出测试数据（调整顺序,裁剪为 16bit，6bit 小数位）

Parallel_FFT_IP 使用要点

使用 Parallel FFT IP 的时候，注意并行输入数据的顺序，具体可查看上文 “Parallel_FFT_IP 使用实例” 章节。注意输入输出的数据顺序 (自然顺序、比特反转顺序)，若输入是自然顺序，则输出是比特反转顺序，反之亦然。

输入数据的小数位数与输出数据的小数位数相等。若要对输出数据裁剪，应保留高位比特，裁剪最低位的比特，同时注意裁剪完成后数据的小数点位置也发生了变化，在与 MATLAB 数据做对比的时候要观察到这点。仿真前编译 IP 文件报错，需要打开报错的.vhd 文件，将_sim 删去。

总结

本文通过配置参数、使用实例和测试数据案例，对 Intel Parallel_FFT_IP 在使用中可能出现的一些问题进行了总结说明，并分享了 IP 使用时需要关注的要点。欲了解更多技术细节和 Intel 相关方案，可以点击如下链接，提交您的需求，我们骏龙科技公司愿意为您提供更详细的技术解答。

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