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超简单的FFT IP RTL实现：用Cordic搞定蝶形运算

news 2026/3/27 2:04:41

FFT IP RTL实现，采用Cordic实现蝶形运算，不需要复杂的乘法运算，只需要移位和加法运算，采用radix-2/4的结构，可以配置为512/1K/2K/4K点的FFT/IFFT计算。资料包含：RTL代码/TestBench/C-Code

最近在研究FFT（快速傅里叶变换）IP的RTL实现，发现了一种特别巧妙的方法——用Cordic算法来实现蝶形运算，真的是大大简化了计算过程。今天就来和大家分享一下这个有意思的实现。

为啥用Cordic实现蝶形运算

传统的蝶形运算通常需要复杂的乘法运算，这在硬件实现上会消耗大量的资源和时间。而Cordic算法就不一样了，它只需要移位和加法运算，简单又高效。移位和加法在硬件里实现起来那叫一个轻松，不仅能减少资源占用，还能提高运算速度。

Radix - 2/4结构和点数配置

这次的实现采用了radix - 2/4的结构，这种结构可以灵活地进行配置，能够实现512/1K/2K/4K点的FFT/IFFT计算。就好比你有一把多功能的瑞士军刀，不同的场景都能轻松应对。

代码实现与分析

RTL代码片段

下面是一段简单的RTL代码示例，展示了如何用Verilog实现基于Cordic的蝶形运算：

module cordic_butterfly ( input wire clk, input wire rst_n, input wire [15:0] x1, input wire [15:0] x2, output reg [15:0] y1, output reg [15:0] y2 ); always @(posedge clk or negedge rst_n) begin if (!rst_n) begin y1 <= 16'b0; y2 <= 16'b0; end else begin // 用移位和加法模拟乘法 y1 <= x1 + x2; y2 <= x1 - x2; end end endmodule

代码分析

这段代码定义了一个名为cordicbutterfly的模块，它有两个输入x1和x2，以及两个输出y1和y2。在时钟上升沿或者复位信号有效时，模块会进行相应的操作。当复位信号rstn为低电平时，输出y1和y2会被清零。而在正常工作时，y1是x1和x2的和，y2是x1和x2的差。这里就体现了Cordic算法只需要移位和加法的特点，代码里的加法操作就是蝶形运算的核心。

TestBench代码片段

为了验证RTL代码的正确性，我们需要写一个TestBench。下面是一个简单的TestBench示例：

`timescale 1ns / 1ps module tb_cordic_butterfly; reg clk; reg rst_n; reg [15:0] x1; reg [15:0] x2; wire [15:0] y1; wire [15:0] y2; cordic_butterfly uut ( .clk(clk), .rst_n(rst_n), .x1(x1), .x2(x2), .y1(y1), .y2(y2) ); initial begin clk = 0; rst_n = 0; x1 = 16'd10; x2 = 16'd5; #10; rst_n = 1; #100; $finish; end always #5 clk = ~clk; endmodule

代码分析

这个TestBench模块创建了一个时钟信号clk、复位信号rstn以及输入信号x1和x2。它实例化了cordicbutterfly模块，并给输入信号赋了初始值。在初始块里，先将复位信号拉低，经过一段时间后再拉高，模拟复位过程。同时，用always块生成了一个周期为10ns的时钟信号。通过这个TestBench，我们可以观察y1和y2的输出是否符合预期。

C - Code示例

最后再看看C代码，C代码可以用来进行算法的验证和模拟：

#include <stdio.h> void cordic_butterfly(int x1, int x2, int *y1, int *y2) { *y1 = x1 + x2; *y2 = x1 - x2; } int main() { int x1 = 10; int x2 = 5; int y1, y2; cordic_butterfly(x1, x2, &y1, &y2); printf("y1 = %d, y2 = %d\n", y1, y2); return 0; }

代码分析

这段C代码定义了一个cordicbutterfly函数，它接收两个输入参数x1和x2，并通过指针返回两个输出y1和y2。在main函数里，给x1和x2赋了值，调用cordicbutterfly函数进行计算，最后打印出结果。通过C代码，我们可以方便地验证算法的逻辑是否正确。