vivado2013.4FFT(9.0版本AXIS总线)-IP使用及仿真

项目需求，最近使用了Vivado2013.4做开发，设计中使用到FFT（9.0）的IP，该IP接口采用AXIS总线格式，相比ISE14.7中FFT（8.0）以及Vivado中FFT（LTE）输入信号格式大变，不过只要熟悉AXIS总线信号格式就没得问题，不要怕麻烦！！！（刚开始使用就是怕麻烦，有些握手信号没用，event状态信号也没注意，浪费了不少时间）一、设计参数配置，及IP生成下面开始介绍配置界面：第一页，Configuration，主要是FFT变换长度以及结构选择。NumberofChannels:FFT变换通道，可以选择多通道，实现多帧数据同时进行FFT运算；TransfromLength:FFT变换长度；如果下面选择了“RunTimeConfigurationTransformLength”，则该参数为FFT变换最大长度。时钟选择根据自己设计需求，只能是1—550之间的整数，不小于自己需求时钟就可以了。ArchitectureChoice：实现架构选择，根据设计需求、板子资源情况，本设计中选择变换处理时间最短、消耗资源最大的并行流水结构；其他结构以此降低了变化速率但是节省了资源，这个在PG109-xfft中有详细介绍。RunTimeConfigurationTransformLength:勾选该项，则在变换过程中可以改变FFT变换的长度，通过s_axis_config_tdata中NFFT字段进行配置。第二页，Implementation介绍。DataFormat:输入数据格式，定点和浮点两种，根据自己设计需求选择了定点；ScalingOptions:BlockFloatPoint、Scaled、Unscaled三种可选。BlockFloatPoint不管输入格式如何，FFT变换内部采用浮点，会根据每一级变换数据情况自动缩放，使得数据不出现溢出，在m_axis_data_tuser中会有5个比特表示每一级缩放情况（本设计中是[20:16]）；Scaled选择后，在s_axis_config_tdata中有相应字段配置缩放因子，这个在pg109-xfft中有详细介绍，每一级包含2个stage，2个比特表示一级的缩放，一般0-3可选，变换长度NFFT，如果log2(NFFT)不是2的倍数，则最高一级的缩放只能0-1可选；Unscaled全精度，不用担心变换过程中会出现溢出，但是输入32bit，变换后的输出是64bit跟自己的设计不符合，截位误差更大。PrecisionOptions:本设计保持默认设置，可以尝试修改下。ControlSignals:ACLEN时钟使能信号可以不选，复位信号ARESETn还是建议选上（至少保持2个时钟的低电平）。OutputOrderingOptions:NaturalOrder,Bit/DigitaReservedOrder两种，NaturalOrder就是变换后的输出已经调整了顺序，按照索引xk_index的自然序列输出变换结果，Bit/DigitaReservedOrder就是按照变换后的结果输出，索引xk_index不是自然序列，可能需要自己缓存再按索引值顺序输出。CyclicPrefixInsertion，CP添加，勾选上，在进行IFFT后可以根据s_axis_config_tdata中的CP长度配置自动添加CP。OptionalOutputFields：XK_INDEX是FFT变换结果索引，在m_axis_data_tuser中有相应的字段。OVFLO是变换中溢出指示信号，对应event_fft_overflow。建议这两个还是勾选，对于设计有帮助。ThrottleScheme：没做研究，保持默认配置。猜想应该是fft变换过程中配置参数修改是立即生效，还是完成该帧处理下一帧生效。第三页，DetailedImplementation设置。这一页设置影响不大，如果板子资源丰富，可以在ComplexMultipliers中选择“Use4-multiplierstructure”，保持默认配置也可以。之后点击OK就可以生成该IP，等待„„如果你电脑配置足够高，很快就完成。二、仿真（Vivado自带工具仿真，以及Vivado调用Modelsim仿真）首先，吐槽下Vivado自带的仿真工具（不知道什么名字，只是知道ISE的是Isim）。IP生成会自动产生一个Demo_tb，可以先跑下仿真看下时序什么的，熟悉下IP，但是有些时候跑仿真，编译什么都通过了，就在最后一部调出Wave仿真界面的时候崩溃了，遇到了好几次，如果是内存不足，问题是用服务器也遇到过好几次。其次，Vivado仿真后的数据，如果选择了Analog输出，结果显示完全超出你的想象。仿真输出的波形明显地显示你变换的结果不对，个人使用了正弦信号输入，变换后的结果也不对，然后想到可能是显示问题，就是用几种方法验证（ISE调用Modelsim，Vivado调用Modelsim，Vivado仿真结果输出在Matlab中画图），以上各种方法验证了Vivado仿真界面选择Analog输出就是最大的问题。不反对Vivado拿来设计功能的确强大，毕竟ISE升级版，但是加入自带仿真后，软件也变大了，问题是仿真效果并不好，而且仿真时间比调用Modelsim仿真更长。发现这个问题之前，实在无力，就找Xilinx到技术支持，解释得云里雾里，感觉是我在给他说，这个是怎么配置，他说的不对。但是，但是，他还是坚持自己说的对，那就看pg109嘛，里面写得明明白白的，那人还是坚持自己说的。已经无力吐槽。只能说，技术支持还是要专业点嘛。后来说发给他工程看下，周五下午4点半还没收到，说下班就不会看了下周搞。下面放图对比仿真效果：Vivado自带仿真（修改Scale值输出幅度完成无变化）Vivado调用Modelsim仿真（同样的数据，修改了Scale值，输出对比明显）下面简单介绍自己的仿真过程。（1）仿真模型在Matlab中产生正弦数据（其他数据也可以），在Vivado中例化了FFT以及IFFT对IP，将Matlab产生的数据经过FFT和IFFT处理后，数据输出在Matlab中画图对比原始波形（Modelsim中直接选择Analog也可以）。（2）测试数据在Matlab产生正弦波，然后将数据转换为二进制补码格式，实部、虚部均采用16bit表示，数据格式（16，15）。代码如下：%generatedata,2'sN=1024;x=(0:1/N:1-1/N)*2*pi;data_sin=fopen('data_sin.txt','w');y1=cos(x);y2=sin(x);%length(y1)%浮点转为二进制补码forn=1:Nify1(n)0y1(n)=round(2^16+y1(n)*2^14);ify1(n)==65536y1(n)=0;endelsey1(n)=round(y1(n)*2^14);endify2(n)0y2(n)=round(2^16+y2(n)*2^14);ify2(n)==65536y2(n)=0;endelsey2(n)=round(y2(n)*2^14);endendform=1:2*14forn=1:N%y(n)=round((y1(n)+1)*2^14)*2^16+round((y2(n)+1)*2^14);fprintf(data_sin,'%s',dec2bin(y1(n),16));fprintf(data_sin,'%s\n',dec2bin(y2(n),16));endendMatlab中读取文本（二进制补码存储），将二进制补码转换为浮点代码如下：file=fopen('filename.txt');fori=?data_str=fgetl(file);data_real=bin2dec(num2str(data_str(17:32)));data_imag=bin2dec(num2str(data_str(1:16)));ifdata_real2^15data_real=data_real-2^16;endifdata_imag2^15data_imag=data_imag-2^16;enddata_ifft(i)=data_real+1i*data_imag;end（3）Testbench直接放代码，然后说明使用注意事项。`timescale1ns/1psmoduletb_fft_ifft;regaclk;regaresetn;reg[31:0]s_axis_config_tdata;regs_axis_config_tvalid;wires_axis_config_tready;reg[31:0]s_axis_data_tdata;regs_axis_data_tvalid;regs_axis_data_tlast;wire[31:0]m_axis_data_tdata_ifft;wire[23:0]m_axis_data_tuser_ifft;wirem_axis_data_tvalid_ifft;wirem_axis_data_tlast_ifft;//integerinputfile1;//integerinputfile2;reg[15:0]data_i[28671:0];reg[15:0]data_q[28671:0];reg[31:0]data_sin[28671:0];integeroutputfile1;integeroutputfile2;initialbegin//inputfile1=$fopen(E:/vivado_prj/ifft_fft/ifft_fft.srcs/sources_1/imports/new/data_i_rmcp_b.txt,r);//inputfile2=$fopen(E:/vivado_prj/ifft_fft/ifft_fft.srcs/sources_1/imports/new/data_q_rmcp_b.txt,r);$readmemb(E:/vivado_prj/fft_ifft_scaled/fft_ifft_scaled.srcs/sources_1/imports/new/data_i_rmcp_b.txt,data_i,0,28671);$readmemb(E:/vivado_prj/fft_ifft_scaled/fft_ifft_scaled.srcs/sources_1/imports/new/data_q_rmcp_b.txt,data_q,0,28671);$readmemb(E:/vivado_prj/fft_ifft_scaled/fft_ifft_scaled.srcs/sources_1/imports/new/data_sin.txt,data_sin,0,28671);//$fclose(inputfile1);//$fclose(inputfile2);endinitialbeginoutputfile1=$fopen(fft_out.txt,w);outputfile2=$fopen(ifft_out.txt,w);endalways@(posedgeaclk)beginif(uut.m_axis_data_tvalid)$fwrite(outputfile1,%b\n,uut.m_axis_data_tdata);endalways@(posedgeaclk)beginif(uut.m_axis_data_tvalid_ifft)$fwrite(outputfile2,%b\n,uut.m_axis_data_tdata_ifft);endfft_ifftuut(.aclk(aclk),.aresetn(aresetn),.s_axis_config_tdata(s_axis_config_tdata),.s_axis_config_tvalid(s_axis_config_tvalid),.s_axi