# FFT测试说明文档

## FFT简介

kl3的fft采用主动访问模式通过dma从指定地址读取数据到内部memory，计算完成之后，再将内部计算结果通过dma搬移到指定地址。数据搬运过程和计算过程完全自动化，用户只需要在将数据准备好之后，触发sw_trig_in寄存器，然后等待sw_fft_done信号拉高，从指定地址读取结果即可。

kl3 fft支持实数和复数输入，实数fft输入为实数，输出为共轭对称的复数，实数ifft输入为共轭对称的复数，输出为实数。复数fft、ifft的输入为复数，输出也为复数。

### FFT特性

* 支持64、128、256、512、1024、2048点实数fft、ifft计算，支持32、64、128、256、512、1024点复数fft、ifft计算。
* 支持16、18、20、24、28、32位定点输入，支持32位浮点输入。
* 支持输入数据的左移位操作（最大7位），支持输出数据的右移位操作（最大7位）。
* 支持浮点数指数偏移调整。
* 支持有符号和无符号输入。
* 支持浮点数和定点数转换状态查询。
* 支持fft输出硬件加窗（hanning窗，hamming窗和blackman窗）。

### FFT配置流程

1. 将数据放到至指定的内存地址空间。
2. 配置源数据所在地址和计算输出数据所在地址（目的地址）寄存器，源数据地址和目的地址可重复，重复情况下输出覆盖掉输入。
3. 配置fft_en，fft_size，is_fft，is_complex等寄存器。
4. 把寄存器sw_trig_in拉高，触发硬件启动fft计算。
5. 硬件根据源数据地址，自动读取源数据，根据寄存器配置情况，进行相应的fft计算，并将计算结果搬移到目的地址，并肩sw_fft_done信号拉高。
6. 原件根据sw_fft_done信号输出或者中断信号指示，从目的地址读取数据。
7. 软件将sw_fft_done信号拉低。

### FFT工作模式

fft工作模式主要由sw_is_complex、sw_is_fft、sw_fft_size[2:0]三个寄存器控制。

* sw_is_complex：为0表示实数模式，为1表示复数模式。
* sw_is_fft：为0表示fft计算，为1表示ifft计算。
* sw_fft_size：
  1. 实数模式下：0~5分别表示计算点数为256、512、1024、2048、64、128
  2. 复数模式下：0~5分别表示计算点数为128、256、512、1024、32、64

### 输入输出顺序

* 时域数据顺序为时间顺序，频域数据的顺序按照频率有低到高依次输出，**实部在前，虚部在后**。
* 对于实数fft和ifft，**频域第一个复数点**的实部对应频率最低点频谱信号（直流分量，即X(0)），频域第一个复数的虚部对应频率最高点频谱信号（即X(N/2)）。

### 数据模式

fft采用32位定点数计算，为了适应不同输入数据位宽的要求，硬件支持不同有效位的输入和输出，为了节省总线资源，硬件支持两个16位定点数拼接在一起输入，输出也是2个16位的定点数拼成32位输出，若数据有效位宽超过16位，不足32位，则硬件自动截取低N位（16<N<32）。

| sw_data_mode | 说明                                   |
| ------------ | -------------------------------------- |
| 0            | 输入32位有效，定点数                   |
| 1            | 输入低28位有效，定点数                 |
| 2            | 输入32位有效，浮点数                   |
| 3            | 输入两路16位有效，定点数               |
| 4            | 输入低24位有效，定点数                 |
| 5            | 输入低20位有效，定点数                 |
| 6            | 输入低18位有效，定点数                 |
| 7            | 输入两路16位有效，定点数，高低15位互换 |

fft支持32位单精度浮点数输入和输出，硬件自动将浮点数转为定点数进行计算，计算完成之后转成对应的浮点数。

**fft按照IEEE 754标准对单精度浮点数进行解析和封装，对于32位的单精度浮点数，数符为最高1位，阶码（指数位）为第30~23位，共8bit，尾数为第22~0位，共23bit。**

### 其他配置

略

## FFT测试例程

sfc测试例程使用到的外设包含fft、uart、gptimer。

* fft：测试对象，用于测试定点数和浮点数fft、ifft计算。
* uart：使用uart0，实现调试信息打印，接收case配置信息等与PC的交互功能。
* gptimer：使用gptimer0，用于统计fft运算用时情况。

fft测试例程遵循自动化测试框架，在例程执行之后，初始化串口0，通过串口发送“start”字段到PC，并等待PC发送“config”字段来获取本次需要执行的测试case，如果在规定时间内（9s）没有收到测试case信息，则默认测试所有的case。

在获取到case组合之后，初始化fft以及gptimer，并根据case组合开始执行测试case。

### case0~case7：各种模式下的fft、ifft计算测试

kl3的测试例程，主要测试常规模式下（定点数32bit、浮点数32bit）不同点数的fft和ifft计算。得到的测试结果和matlab仿真结果（由设计者zenganhui提供）对比，如果计算结果和仿真结果的差值在基准值范围内，则认为是计算无误。

差值范围基准值的计算方法：找到实部和虚部绝对值最大的数以及该值对应的实部或者虚部数据，以这两个数据的平方根值作为基准值，计算fft结果与预期结果的差值绝对值，该值大于基准值万分之五则判定计算出错。

在测试中，分别测试了定点数64、128、256、512、1024、2048点实数fft、ifft计算，定点数32、64、128、256、512、1024点复数fft、ifft计算，以及浮点数64、128、256、512、1024、2048点实数fft、ifft计算，浮点数32、64、128、256、512、1024点复数fft、ifft计算。测试结果OK。

### case8：fft模块中断功能测试

kl3的fft模块支持中断，在使能fft_done_int_ena的情况下，中断信号会在计算完成之后自动触发。

测试方法比较简单，即配置好中断信号之后，通过偏底层的api主动发起一次fft计算，观察中断信号是否被正确触发，并观察fft计算结果是否准确即可。测试结果OK。