Implementação de uma FFT em FPGA para processamento de sinais phase-OTDR aplicado em sensores de aceleração distribuídos

Abstract

Sensores de fibra óptica distribuídos possuem a tecnologia chave para o desenvolvimento de estruturas inteligentes, uma vez que são capazes de aferir diversos parâmetros como temperatura, vibração, tensão mecânicas e podem ser totalmente integrados aos materiais da estrutura. Com o objetivo de obter a frequência de vibração para o monitoramento da saúde estrutural, foi proposto o desenvolvimento de um módulo em hardware reconfigurável para cálculo da transformada de Fourier dos sinais obtidos. No presente trabalho é abordado o desenvolvimento de um módulo FFT em ponto flutuante, baseado no algorítimo Cooley–Tukey de base 2 (Radix-2), desenvolvido para o processamento de sinais em um SoC FPGA. As multiplicações complexas em ponto flutuante serão efetuadas utilizando o algorítimo CORDIC para economia de hardware, e a unidade de geração de endereço pode ser configurada para o cálculo de uma FFT de 16 a 2048 pontos, a fim de englobar um número maior de sinais. O envio de dados entre o processador e o módulo desenvolvido utiliza o protocolo AXI-Stream com DMA, para leitura e escrita rápida da memória DDR. Utilizou-se de recursos do FPGA 13146 LUTs, 6256 FFs e 4,5 BRAMs, o dispositivo escolhido foi uma ZedBoard da família Zynq-7000 da Xilinx, a qual conta comum processador ARM Cortex-A9, dual-core e uma arquitetura de FPGA Artix-7.