一邊學(xué)習(xí)控制FFT IP核，一邊學(xué)習(xí)AXI4-Stream協(xié)議

FFT IP核的設(shè)置

這里做最簡(jiǎn)單的設(shè)置，打開Vivado，點(diǎn)開IP Catalog，找到FFT IP核。設(shè)置界面如下：

Configuration 設(shè)置

設(shè)置的參數(shù)意義如下：

• Numbers of Channels: 通道數(shù)，F(xiàn)FT IP核可以設(shè)置多個(gè)數(shù)據(jù)通道，進(jìn)行多路FFT操作
• Transform Length: 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長(zhǎng)度，就是FFT中的點(diǎn)數(shù)，決定輸出的頻譜分辨率
• Architecture Configuration：如果Architecture Choice選擇Automatically Select，IP核會(huì)根據(jù)你填的時(shí)鐘頻率和數(shù)據(jù)吞吐量選擇適合的架構(gòu)

Implementation

設(shè)置的參數(shù)意義如下：

• Data Format: 數(shù)據(jù)格式，定點(diǎn)數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)，浮點(diǎn)數(shù)不能使用多個(gè)通道同時(shí)進(jìn)行FFT操作
• Scaling Options: 對(duì)輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行等比例縮小，如果選Scaled，則在控制IP核時(shí)需要設(shè)置縮小比例，詳情見(jiàn): 資料1
• Input Data Width：輸入數(shù)據(jù)位寬，這里只用輸入I,Q一路的位寬，不需要輸入組合起來(lái)的位寬
• Phase Factor Width：因?yàn)檫M(jìn)行FFT 操作涉及乘加操作，肯定會(huì)有精度損失，這里可以設(shè)置一個(gè)合適的值平衡精度和面積的要求。
• 控制信號(hào)：時(shí)鐘使能跟復(fù)位信號(hào)，復(fù)位信號(hào)拉低最少要保持兩個(gè)時(shí)鐘周期。
• Output Ordering: Natural Order輸出的頻譜數(shù)據(jù)還要做fftshift，這個(gè)跟fft算法流程有關(guān)系
• Optional Output Fields: 輸出的索引信號(hào)和overflow信號(hào)，勾選后這些信息會(huì)跟頻譜數(shù)據(jù)一起輸出

Detail Implementation

直接默認(rèn)跳過(guò)。

IP核生成后可以看到有很多信號(hào)，這些信號(hào)代表的意義又是怎么樣的?？梢栽贗P核設(shè)置界面的左側(cè)Implementation Detail看到下圖內(nèi)容

從圖中可以看出：

• Output Data Width: 輸出數(shù)據(jù)的位寬，當(dāng)然也是I，Q一路信號(hào)的位寬
• S_AXIS_DATA_TDATA: 這是把時(shí)域信號(hào)往FFT IP核傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通道，通過(guò)圖中可以看到，57:32傳輸Q路信號(hào)，25：0傳輸I路信號(hào)。

• S_AXIS_CONFIG_TDATA: 這是對(duì)FFT IP核設(shè)置參數(shù)內(nèi)容；圖中很明顯告知，16：1傳輸SCALE_SCH信號(hào)，這個(gè)信號(hào)決定輸出的數(shù)據(jù)等比例縮小多少倍，具體參數(shù)設(shè)置可以看: 資料1的內(nèi)容；0位傳輸?shù)目刂菩盘?hào)，為1時(shí)IP核做FFT運(yùn)算，為0時(shí)做IFFT運(yùn)算。
• M_AXIS_DATA_TDATA: 這是FFT輸出的頻譜數(shù)據(jù)，從圖中可以看到，57:32對(duì)應(yīng)的是虛部數(shù)據(jù)，25：0對(duì)應(yīng)的是實(shí)部數(shù)據(jù)。

• M_AXIS_DATA_TUSER: 這個(gè)信號(hào)根據(jù)圖中可知，傳輸?shù)氖禽敵鲱l譜的索引，有一定的作用。這里輸出的具體內(nèi)容根據(jù)上述的FFT IP核設(shè)置決定

大概的運(yùn)算時(shí)間

這些信號(hào)其實(shí)都是AXI4-Stream的相關(guān)信號(hào)

AXI4-Stream協(xié)議

除了AXI4-Lite的信號(hào)，AXI4-Stream還增加了以下信號(hào)：

• TKEEP：指示信號(hào)，指明當(dāng)前數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)類型，發(fā)送數(shù)據(jù)方控制該信號(hào)；為低電平表明對(duì)應(yīng)字節(jié)數(shù)據(jù)是空字節(jié)，可以移除；與TSTRB一同發(fā)揮作用，兩個(gè)信號(hào)都是可選非必需信號(hào)
  當(dāng)去掉TKEEP信號(hào)，TKEEP視作全高電平
  當(dāng)去掉TSTRB信號(hào)，TSTRB的值等同TKEEP
  兩個(gè)信號(hào)都被選擇后作用如下圖：
  
• TLAST：指示信號(hào)，指明當(dāng)前是最后一次數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送數(shù)據(jù)方控制該信號(hào)；只有在最后一次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)該信號(hào)會(huì)拉高一次，信號(hào)一直拉高表明數(shù)據(jù)都是獨(dú)立的而不是來(lái)自同一個(gè)數(shù)據(jù)包，可選非必需信號(hào)；
  發(fā)送方（Master）不要求一定要支持該信號(hào)
  接受方（Slave）的該信號(hào)固定為低電平
• TID: 指示信號(hào)，指明當(dāng)前數(shù)據(jù)流的ID，標(biāo)明不同的數(shù)據(jù)流，發(fā)送數(shù)據(jù)方控制該信號(hào)，可選非必需信號(hào)，內(nèi)容見(jiàn)TLAST；
• TDEST：指示信號(hào)，提供數(shù)據(jù)流的路由信息，發(fā)送數(shù)據(jù)方控制該信號(hào)，可選非必需信號(hào)，內(nèi)容見(jiàn)TLAST；
• TUSER：可以自定義的數(shù)據(jù)信息，發(fā)送方跟接收方協(xié)商好，數(shù)據(jù)內(nèi)容根據(jù)雙方協(xié)商確定，起傳輸輔助信息內(nèi)容，發(fā)送數(shù)據(jù)方控制該信號(hào)，并且跟隨發(fā)送方的數(shù)據(jù)流一同發(fā)送，雙方的TUSER數(shù)據(jù)位寬確定規(guī)則如下：
  MIN(MAX[TUSER bits per byte of masters], MAX[TUSER bits per byte of slaves])
• TREADY，TDATA也是可選非必需信號(hào)；去掉TREADY信號(hào)，TREADY視作為高電平；去掉TDATA，TSTRB也被視作去掉

而在FFT IP核中，一共出現(xiàn)了下列信號(hào)：

• s_axis_data: FFT IP核的時(shí)域數(shù)據(jù)輸入通道，這個(gè)傳輸過(guò)程中，F(xiàn)FT IP核作為接收方（Slave）
• s_axis_config: FFT IP核的配置數(shù)據(jù)輸入通道，這個(gè)傳輸過(guò)程中，F(xiàn)FT IP核作為接收方（Slave）
• m_axis_data: FFT IP核的頻譜數(shù)據(jù)輸出通道，這個(gè)傳輸過(guò)程中，F(xiàn)FT IP核作為發(fā)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；相對(duì)來(lái)說(shuō)控制并不復(fù)雜；

FFT IP核的控制流程如下：

1. 配置好s_axis_config_tdata, s_axis_config_tready跟s_axis_config_tvalid握手（都為高）后，配置數(shù)據(jù)傳入；
2. 等待s_axis_data_tready和s_axis_data_tvalid拉高，通過(guò)s_axis_data_tdata傳入數(shù)據(jù)至FFT IP核，等到最后一次數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)拉高s_axis_data_tlast；
3. 等待m_axis_data_tvalid和m_axis_data_tready拉高，接收m_axis_data_tdata的數(shù)據(jù)，m_axis_data_tuser的數(shù)據(jù)是頻譜數(shù)據(jù)的索引，根據(jù)這個(gè)索引可以知道當(dāng)前頻譜數(shù)據(jù)的位置；等到m_axis_data_tlast拉高，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。

最終結(jié)果圖：