数字信号处理是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一,广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域。数字信号处理算法的硬件实现一般有三种方式:用于通用目的的可编程DSP芯片;用于特定目的的固定功能DSP芯片组和ASIC;可以由用户编程的FPGA芯片。随着微电子技术的发展,采用现场可编程门阵列FPGA进行数字信号处理正在越来越多地代替ASIC和DSP用作前端数字信号处理的运算。FFT算法理论已趋于成熟,在实时信号处理系统设计中,FFT算法硬件实现的难点主要在于时序控制较复杂:既要控制整个系统协调有序地工作,又要在速度上得到满足。目前国际上著名FPGA生产厂商都研制了FFT IP核,性能优越,但价格昂贵。因此,国内不少研制单位致力于研究基于FPGA的数字信号处理器,并得到一定的发展和进步。本课题就是根据某SAR回波信号模拟器系统的设计要求,选用Xilinx FPGA设计一个高速FFT处理器。文章首先详细阐述了数字信号处理理论中快速傅立叶变换的理论基础,根据各种不同基算法的运算量和控制复杂度,选定按时间抽取的基4算法实现处理器设计。在此基础上,结合蝶形运算流图讨论了FFT处理器的几种不同的硬件结构:顺序结构、流水结构、并行结构、阵列结构、级联结构,综合系统性能和硬件资源设计了改进的级联结构。用Xilinx公司的Virtex-4芯片中的XtremeDsp Slices设计了高速乘法器来代替常规FFT处理器蝶形运算单元中的复数乘法器,该模块的时钟频率为500MHz,可以进行高速的乘法计算。基4蝶形单元采用3级流水,并行的4路输入数据,极大地提高了FFT处理器的速度。整个模块均采用流水与并行相结合的结构,级间RAM采用乒乓操作。FFT控制器通过FSM(有限状态机)实现,该控制器对旋转因子ROM、数据存储单元、蝶形运算单元等进行了有效的控制,最后对256点FFT进行了仿真,仿真结果表明运算结果和速度都满足系统要求。