GNU Radio创建FFT、IFFT C++ OOT块

文章目录

  • 前言
  • 一、GNU Radio官方FFT弊端
  • 二、创建自定义的 C++ OOT 块
    • 1、创建 OOT 模块
    • 2、创建 OOT 块
    • 3、修改 C++ 和 CMAKE 文件
    • 4、编译及安装 OOT 块
  • 三、测试
    • 1、grc 图
    • 2、运行结果
      • ①、时域波形对比
      • ②、频谱图对比
  • 四、资源自取


前言

GNU Radio 自带的 FFT 模块使用起来不是很方便,这个模块要求输入和输出数据长度预先设定,且一旦设定后就要求前后的 block 与其具有相同长度的输入输出,并不满足我目前的需求,因此需要有必要重新自己做一个 FFT 和 IFFT OOT块。


一、GNU Radio官方FFT弊端

举一个简单的例子,我目前想要将正弦波信号源产生的信号连接 Throttle 限流器,再经过 FFT 和 IFFT,然后将信号送给示波器进行显示。
在这里插入图片描述
但是当前出现两个报错,提示长度不匹配,信号源端口为复数类型,端口 IO 大小为 8 字节,然而 FFT 长度为 1024,那么经过 FFT 和 IFFT 端口大小为 8*1024 = 8192 字节,因为 8 ≠ 8192 8\neq 8192 8=8192,所以出现了如下报错:
在这里插入图片描述

二、创建自定义的 C++ OOT 块

参考官方教程 Creating C++ OOT with gr-modtool 创建自定义的 OOT块

1、创建 OOT 模块

GNU Radio 附带 gr_modtool,这是一个用于创建树外 (OOT) 模块的软件工具。 OOT 模块可以被视为自定义 GNU Radio 块的集合。使用 gr_modtool 创建一个名为 myModule 的 OOT 模块:

gr_modtool newmod myModule 

创建目录 gr-customModule,其中包含 OOT 模块的所有骨架代码,但它还没有任何块。进入 gr-myModule 目录:

cd gr-myModule 

列出 OOT 模块中的所有文件和目录:

ls

在这里插入图片描述

2、创建 OOT 块

①、在 gr-myModule 目录下添加一个名为 Zadoff-Chu 的新块:

gr_modtool add tsfft

将显示块的类型:

GNU Radio module name identified: myModule
('sink', 'source', 'sync', 'decimator', 'interpolator', 'general', 'tagged_stream', 'hier', 'noblock')

②、FFT 模块作为标签流模块,因此这里将模块类型设置为 tagged_stream

Enter block type: tagged_stream

③、使用 C++ 代码实现

Language (python/cpp): cpp
Language: C++
Block/code identifier: tsfft

④、输入版权所有者的名称或组织:

Please specify the copyright holder: gnep

⑤、输入三个参数,分别是包长度(FFT 长度),长度标签,FFT 或 IFFT 选择

Enter valid argument list, including default arguments: 
int packet_len, const std::string& len_key, bool forward

⑥、选择是否需要 QA 代码:

Add Python QA code? [Y/n] n
Add C++ QA code? [Y/n] n

⑦、然后将创建或修改多个文件:

Adding file 'lib/tsfft_impl.h'...
Adding file 'lib/tsfft_impl.cc'...
Adding file 'include/myModule/tsfft.h'...
Editing swig/myModule_swig.i...
Adding file 'grc/myModule_tsfft.block.yml'...
Editing grc/CMakeLists.txt...

相关配置如下图:
在这里插入图片描述

3、修改 C++ 和 CMAKE 文件

修改 gr-myModule/lib/ 目录下的 tsfft_impl.cctsfft_impl.hCMakeLists.txt 文件以及 gr-myModule/grc/目录下 myModule_tsfft.block.yml 目录下的配置文件

lib/tsfft_impl.h 核心部分程序:

fftwf_plan d_fft_plan;
fftwf_complex* d_buffer;
int d_packet_len;
bool d_forward;

lib/tsfft_impl.cc 核心部分程序:

gr_complex* in = (gr_complex*)input_items[0];
gr_complex* out = (gr_complex*)output_items[0];// Set output to one packet (defined with tagged stream)
noutput_items = ninput_items[0];// Execute fft plan
memcpy(d_buffer, in, d_packet_len * sizeof(gr_complex));
fftwf_execute(d_fft_plan);
memcpy(out, d_buffer, d_packet_len * sizeof(gr_complex));// Tell runtime system how many output items we produced.
return noutput_items;

lib/CMakeLists.txt 部分只需增添下面两行代码:

find_library(FFTW3F_LIB NAMES fftw3f PATHS /usr/lib/x86_64-linux-gnu)
target_link_libraries(gnuradio-myModule ${FFTW3F_LIB})

grc/myModule_tsfft.block.yml 部分核心配置:

parameters:
-   id: packet_lenlabel: Packet lengthdtype: int
-   id: len_keylabel: Packet length keydtype: stringdefault: ' "packet_len"'
-   id: forwardlabel: Forward/Reversedtype: enumoptions: ['True', 'False']option_labels: [Forward, Reverse]

详细代码及配置文件文末自取

4、编译及安装 OOT 块

1、该块需要编译和安装,确保目前位于 gr-myModule 目录中:

cd gr-myModule

2、如果 build/ 目录已存在,请将其删除:

rm -rf build/

3、创建 build/ 目录

mkdir build

4、进入 build 目录

cd build/ 

5、运行 cmake 来构建 makefile

cmake ..

6、编译模块

make

7、安装模块

sudo make install

8、更新 myModule 库的链接

sudo ldconfig 

三、测试

打开 gnuradio-companion

gnuradio-companion

可以看到安装成功的 fft 模块
在这里插入图片描述

1、grc 图

创建一个简单的测试用例,一个频率为 1KHz 的正弦波信号源,将其转换为标签流,再经过 FFT 和 IFFT,最后喂给示波器显示,分别在接 FFT 和 IFFT 块前后分别放置示波器及频谱仪,观察是否一致。
在这里插入图片描述

2、运行结果

①、时域波形对比

在这里插入图片描述

②、频谱图对比

在这里插入图片描述
从上图可以看出,无论是时域图还是频域图,原始信号和经过 FFT 及 IFFT 信号一模一样,即原始信号经过 FFT 及 IFFT后可以复原,也可以证明我们所做的 FFT OOT 成功了

四、资源自取

链接:GNU Radio创建FFT、IFFT C++ OOT块
在这里插入图片描述


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