📄 fft16.v
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module FFT16(xn_r,xn_i,RST,CLK,START,OUT,Xk_r,Xk_i);
input [15:0] xn_r,xn_i; //输入的实部与虚部
input RST,CLK,START;
//FFT启动信号与时钟信号和复位信号
output [15:0] Xk_r,Xk_i; //FFT输出实部与虚部
output OUT; //输出标志信号
reg [15:0] Xk_r,Xk_i;
reg OUT;
reg OUT1,STRT1; //级联FFT4的输出标志和启动信号
reg [2:0] k,j,m,n,l,p; //循环指针
reg [4:0] i;
reg [15:0] IN_r[15:0],IN_i[15:0]; //存储输入的实部与虚部
reg [15:0] OUT_r[15:0],OUT_i[15:0]; //存储输出的实部与虚部
reg [15:0] TRANIN_r,TRANIN_i; //输入序列与FFT4输入之间的转接
reg [15:0] TRANOUT_r,TRANOUT_i; //输出序列与FFT4输出之间的转接
reg [2:0] state;
parameter Idle=3'b000, //空闲
Input=3'b001, //输入
Compute0=3'b010, //计算引擎
Compute1=3'b100, //第二级计算的控制
Butfly=3'b101, //蝶形计算
Output=3'b110; //输出
//定义三个移位函数
function[15:0] Shift03;//乘以0.3827
input [15:0] xn;
begin
Shift03={xn[15],xn[15:1]}- {xn[15], xn[15], xn[15],xn[15:3]}
+ {xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15],xn[15:7]}
- {xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15],
xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15],xn[15:13]};
end
endfunction
function[15:0] Shift07;//乘以0.7071
input [15:0] xn;
begin
Shift07={xn[15],xn[15:1]}+ {xn[15], xn[15], xn[15],xn[15:3]}
+ {xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15:4]}
+ {xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15:6]}
+ {xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15],
xn[15], xn[15],xn[15:8]}+{xn[15], xn[15], xn[15], xn[15],
xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15],
xn[15], xn[15], xn[15], xn[15],xn[15:14]};
end
endfunction
function[15:0] Shift09;//乘以0.9239
input [15:0] xn;
begin
Shift09=xn -{xn[15], xn[15], xn[15], xn[15],xn[15:4]}
- {xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15:6]}
+ {xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15], xn[15],
xn[15], xn[15],xn[15:9]};
end
endfunction
//调用FFT4模块计算4组4点的FFT
FFT4 XFFT(.CLK(CLK),.START(STRT1),.xn_r(TRANIN_r),.xn_i(TRANIN_i),.OUT(OUT1),.Xk_r(TRANOUT_r),.Xk_i(TRANOUT_i));
always @(posedge CLK or posedge RST)
if(RST)
begin
state<=Idle; //异步复位，高电平有效
OUT<=0; //输出无效
end
else
begin
case (state)
//空闲状态
Idle: begin
OUT<=0;
if (START) //只有在空闲状态下才能启动FFT
begin
state<=Input;
i<=0;
end
else
begin
state<=Idle;
end
end
//16位复数输入
Input: begin
if(i<16)
begin
IN_r[i]<=xn_r;
IN_i[i]<=xn_i;
i<=i+1;
end
else if(i==16) //输入完毕进入的计算
begin
state<=Compute0;
STRT1<=1;//启动FFT4
j<=0; //指针复位
k<=0;
m<=0;
n<=0;
end
end
//第一二级计算
Compute0: begin
if(j<4) //4组串行输入计算
begin
STRT1<=0;//关断FFT4启动信号
if(k<4)
begin
TRANIN_r<=IN_r[4*k+j]; //时选法输入
TRANIN_i<=IN_i[4*k+j];
k<=k+1;
end
else if(k==4)//k=4 输入完毕，则等待FFT4的输出
begin
if((OUT1==1)&&(m<4)) //可以输出
begin //这两个信号同时消失
OUT_r[4*j+m]<=TRANOUT_r;//连续存储
OUT_i[4*j+m]<=TRANOUT_i;
m<=m+1;
end
else
begin
if(m==4) //输出完毕，并非没有开始
begin
j<=j+1; //进入下一组的计算
m<=0; //清零，以备用
k<=0;
STRT1<=1;//为下一个计算作准备启动信号
end
end//输出完毕
end
end
else if(j==4)
begin
if(n==0)
begin
state<=Butfly;//第一级计算完毕进入蝶形计算
n<=n+1;
end
else if(n==3)
begin
state<=Output; //第二级计算完毕输出
l<=0;
p<=0;
end
end
end
Butfly: begin
if(n==1)
begin
IN_r[0]<=OUT_r[0];
IN_i[0]<=OUT_i[0];
IN_r[1]<=OUT_r[1];
IN_i[1]<=OUT_i[1];
IN_r[2]<=OUT_r[2];
IN_i[2]<=OUT_i[2];
IN_r[3]<=OUT_r[3];
IN_i[3]<=OUT_i[3];
IN_r[4]<=OUT_r[4];
IN_i[4]<=OUT_i[4];
IN_r[5]<=Shift09(OUT_r[5])+Shift03(OUT_i[5]);
IN_i[5]<=Shift09(OUT_i[5])-Shift03(OUT_r[5]);
IN_r[6]<=Shift07(OUT_r[6])+Shift07(OUT_i[6]);
IN_i[6]<=Shift07(OUT_i[6])-Shift07(OUT_r[6]);
IN_r[7]<=Shift03(OUT_r[7])+Shift09(OUT_i[7]);
IN_i[7]<=Shift03(OUT_i[7])-Shift09(OUT_r[7]);
IN_r[8]<=OUT_r[8];
IN_i[8]<=OUT_i[8];
IN_r[9]<=Shift07(OUT_r[9])+Shift07(OUT_i[9]);
IN_i[9]<=Shift07(OUT_i[9])-Shift07(OUT_r[9]);
IN_r[10]<=OUT_i[10];
IN_i[10]<=0-OUT_r[10];
IN_r[11]<=Shift07(OUT_i[11])-Shift07(OUT_r[11]);
IN_i[11]<=0-Shift07(OUT_i[11])-Shift07(OUT_r[11]);
IN_r[12]<=OUT_r[12];
IN_i[12]<=OUT_i[12];
IN_r[13]<=Shift03(OUT_r[13])+Shift09(OUT_i[13]);
IN_i[13]<=Shift03(OUT_i[13])-Shift09(OUT_r[13]);
IN_r[14]<=Shift07(OUT_i[14])-Shift07(OUT_r[14]);
IN_i[14]<=0-Shift07(OUT_i[14])-Shift07(OUT_r[14]);
IN_r[15]<=0-Shift09(OUT_r[15])-Shift03(OUT_i[15]);
IN_i[15]<=Shift03(OUT_r[15])-Shift09(OUT_i[15]);
n<=n+1;
end
else
begin
if(n==2)
state<=Compute1; //进入第二级计算
end
end
Compute1: begin
n<=3;
j<=0;
STRT1<=1;
state<=Compute0;
end
Output: begin//倒序输出
if(l<4)
begin
OUT<=1;
Xk_r<=OUT_r[4*p+l];
Xk_i<=OUT_i[4*p+l];
p<=(p==3)?0:(p+1);
l<=(p==3)?(l+1):l;
end
else if(l==4) //输出完毕
begin
OUT<=0;
state<=Idle;
end
end
default: begin
state<=Idle;
end
endcase
end
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