fftshift（一边学习FFT IP核）

最近在忙着仿真FFT IP核，正好在使用FFT IP核的过程中要接触到AXI4-Stream协议。就在这里合并一起讲了吧。本文涉及FFT IP核的控制，AXI4-Stream协议，FFT的部分基础知识。

FFT IP核的设置

这里做最简单的设置，打开Vivado，点开IP Catalog，找到FFT IP核。设置界面如下：Configuration 设置设置的参数意义如下：Numbers of Channels: 通道数，FFT IP核可以设置多个数据通道，进行多路FFT操作Transform Length: 传输的数据长度，就是FFT中的点数，决定输出的频谱分辨率Architecture Configuration：如果Architecture Choice选择Automatically Select，IP核会根据你填的时钟频率和数据吞吐量选择适合的架构Implementation设置的参数意义如下：Data Format: 数据格式，定点数或浮点数，浮点数不能使用多个通道同时进行FFT操作Scaling Options: 对输出的数据进行等比例缩小，如果选Scaled，则在控制IP核时需要设置缩小比例，详情见: 资料1Input Data Width：输入数据位宽，这里只用输入I,Q一路的位宽，不需要输入组合起来的位宽Phase Factor Width：因为进行FFT 操作涉及乘加操作，肯定会有精度损失，这里可以设置一个合适的值平衡精度和面积的要求。控制信号：时钟使能跟复位信号，复位信号拉低最少要保持两个时钟周期。Output Ordering: Natural Order输出的频谱数据还要做fftshift，这个跟fft算法流程有关系Optional Output Fields: 输出的索引信号和overflow信号，勾选后这些信息会跟频谱数据一起输出Detail Implementation直接默认跳过。IP核生成后可以看到有很多信号，这些信号代表的意义又是怎么样的。可以在IP核设置界面的左侧Implementation Detail看到下图内容从图中可以看出：Output Data Width: 输出数据的位宽，当然也是I，Q一路信号的位宽S_AXIS_DATA_TDATA: 这是把时域信号往FFT IP核传输的数据通道，通过图中可以看到，57:32传输Q路信号，25：0传输I路信号。S_AXIS_CONFIG_TDATA: 这是对FFT IP核设置参数内容；图中很明显告知，16：1传输SCALE_SCH信号，这个信号决定输出的数据等比例缩小多少倍，具体参数设置可以看: 资料1的内容；0位传输的控制信号，为1时IP核做FFT运算，为0时做IFFT运算。M_AXIS_DATA_TDATA: 这是FFT输出的频谱数据，从图中可以看到，57:32对应的是虚部数据，25：0对应的是实部数据。M_AXIS_DATA_TUSER: 这个信号根据图中可知，传输的是输出频谱的索引，有一定的作用。这里输出的具体内容根据上述的FFT IP核设置决定大概的运算时间这些信号其实都是AXI4-Stream的相关信号

AXI4-Stream协议

之前的文章介绍过AXI4-Lite协议，AXI4-Stream也遵循了TVALID，TREADY的握手机制，全局信号内容等内容，这部分内容可以回顾之前的文章。除了AXI4-Lite的信号，AXI4-Stream还增加了以下信号：TKEEP：指示信号，指明当前数据数据类型，发送数据方控制该信号；为低电平表明对应字节数据是空字节，可以移除；与TSTRB一同发挥作用，两个信号都是可选非必需信号当去掉TKEEP信号，TKEEP视作全高电平当去掉TSTRB信号，TSTRB的值等同TKEEP两个信号都被选择后作用如下图：TLAST：指示信号，指明当前是最后一次数据传输，发送数据方控制该信号；只有在最后一次数据传输时该信号会拉高一次，信号一直拉高表明数据都是独立的而不是来自同一个数据包，可选非必需信号；发送方（Master）不要求一定要支持该信号接受方（Slave）的该信号固定为低电平TID: 指示信号，指明当前数据流的ID，标明不同的数据流，发送数据方控制该信号，可选非必需信号，内容见TLAST；TDEST：指示信号，提供数据流的路由信息，发送数据方控制该信号，可选非必需信号，内容见TLAST；TUSER：可以自定义的数据信息，发送方跟接收方协商好，数据内容根据双方协商确定，起传输辅助信息内容，发送数据方控制该信号，并且跟随发送方的数据流一同发送，双方的TUSER数据位宽确定规则如下：MIN(MAX[TUSER bits per byte of masters], MAX[TUSER bits per byte of slaves])TREADY，TDATA也是可选非必需信号；去掉TREADY信号，TREADY视作为高电平；去掉TDATA，TSTRB也被视作去掉而在FFT IP核中，一共出现了下列信号：s_axis_data: FFT IP核的时域数据输入通道，这个传输过程中，FFT IP核作为接收方（Slave）s_axis_config: FFT IP核的配置数据输入通道，这个传输过程中，FFT IP核作为接收方（Slave）m_axis_data: FFT IP核的频谱数据输出通道，这个传输过程中，FFT IP核作为发送方（Master）而且，s_axis_config只使用了TDATA，TREADY,TVALID; s_axis_data使用了TDATA，TREADY,TVALID, TLAST; m_axis_data使用TDATA，TREADY,TVALID, TLAST, TUSER；相对来说控制并不复杂；FFT IP核的控制流程如下：配置好s_axis_config_tdata, s_axis_config_tready跟s_axis_config_tvalid握手（都为高）后，配置数据传入；等待s_axis_data_tready和s_axis_data_tvalid拉高，通过s_axis_data_tdata传入数据至FFT IP核，等到最后一次数据传输，同时拉高s_axis_data_tlast；等待m_axis_data_tvalid和m_axis_data_tready拉高，接收m_axis_data_tdata的数据，m_axis_data_tuser的数据是频谱数据的索引，根据这个索引可以知道当前频谱数据的位置；等到m_axis_data_tlast拉高，数据传输结束。最终结果图：参考资料：PG109-xfft.pdfIHI0051A_amba4_axi4_stream_v1_0_protocol_spec.pdf欢迎点赞留言，一起探讨这令人头秃的电子