GNU Radio创建FFT、IFFT C++ OOT块

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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。

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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。

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 $8\ne 8192$，所以出现了如下报错：

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

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：

3、修改 C++ 和 CMAKE 文件

修改 gr-myModule/lib/ 目录下的 tsfft_impl.cc 和 tsfft_impl.h 和 CMakeLists.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

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。

2、运行结果

①、时域波形对比

②、频谱图对比

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

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