[發(fā)明專利]用于旋轉(zhuǎn)角計(jì)算的基于PLB總線的嵌入式IP軟核及旋轉(zhuǎn)角計(jì)算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510096287.7
• 申請日: 2015-03-04
• 公開（公告）號(hào): CN104714773B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐雷雷;劉露;唐金鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七一研究所
• 主分類號(hào): G06F7/548
• 分類號(hào): G06F7/548
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 徐文權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于嵌入式系統(tǒng)中復(fù)雜函數(shù)的精確計(jì)算領(lǐng)域，涉及PLB總線和CORDIC算法，具體涉及用于旋轉(zhuǎn)角計(jì)算的基于PLB總線的嵌入式IP軟核及旋轉(zhuǎn)角計(jì)算方法。

背景技術(shù)

CORDIC算法是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜函數(shù)計(jì)算的經(jīng)典方法，其基本思想是用查找表、移位和加/減法，不斷逼近的方式，來實(shí)現(xiàn)三角函數(shù)、雙曲線、指數(shù)、對數(shù)等復(fù)雜函數(shù)的計(jì)算。目前，旋轉(zhuǎn)角計(jì)算(反正切計(jì)算)一般采用反饋式結(jié)構(gòu)或流水線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)CORDIC算法，并利用定點(diǎn)運(yùn)算單元執(zhí)行算法中的加/減運(yùn)算功能。這種方案的主要缺陷就是：定點(diǎn)運(yùn)算精度不足。為了解決精度不足問題，可以把定點(diǎn)運(yùn)算單元改成浮點(diǎn)運(yùn)算單元FPU，一般是直接使用現(xiàn)有的浮點(diǎn)運(yùn)算單元FPU。這種方案的主要缺陷是：FPU的引入會(huì)占用FPGA的大量邏輯資源，造成FPGA邏輯資源缺乏。

中國專利CN201110436482公開了一種基于FPGA的三角函數(shù)實(shí)現(xiàn)方法，在迭代開始前根據(jù)三角函數(shù)的對稱性把輸入角度轉(zhuǎn)化到第一象限，CORDIC算法采用流水線結(jié)構(gòu)，最后將計(jì)算出來的結(jié)果轉(zhuǎn)換成IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)格式。中國專利CN201210168992公開了一種基于浮點(diǎn)運(yùn)算單元的基本超越函數(shù)運(yùn)算方法及其協(xié)處理器，通過增加一個(gè)結(jié)構(gòu)簡單的函數(shù)運(yùn)算控制模塊，在已有浮點(diǎn)運(yùn)算單元的基礎(chǔ)上利用已有浮點(diǎn)運(yùn)算指令實(shí)現(xiàn)三角和反三角函數(shù)，雙曲函數(shù)，指數(shù)函數(shù)和對數(shù)函數(shù)的計(jì)算；中國專利CN201210433693公開了一種基于CORDIC算法的反饋和流水線結(jié)構(gòu)相結(jié)合的三角函數(shù)運(yùn)算器，提出了基于配置的偽流水CORDIC算法結(jié)構(gòu)，即將低級(jí)數(shù)的流水線結(jié)構(gòu)的輸出不斷反饋回其輸入的偽流水形式，實(shí)現(xiàn)無限制精度的三角函數(shù)運(yùn)算。中國專利CN201310065877公開了一種覆蓋全圓周角度的單精度浮點(diǎn)三角函數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法，將單精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到[-π/4,π/4]的圓周范圍內(nèi)，并轉(zhuǎn)換為高精度定點(diǎn)數(shù)據(jù)，將得到的高精度定點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入至流水線結(jié)構(gòu)的迭代運(yùn)算模塊，計(jì)算出高精度定點(diǎn)結(jié)果，再將其轉(zhuǎn)換成單精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù)輸出。

以上公開的現(xiàn)有技術(shù)中：CORDIC算法結(jié)構(gòu)主要采用反饋式結(jié)構(gòu)或流水線結(jié)構(gòu)，還有改進(jìn)后的先流水后反饋的“偽”流水線結(jié)構(gòu)；但在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用中，接口封裝形式與處理器本地PLB總線接口不一致，不能直接連接在總線上，基于PLB總線外圍接口封裝形式的旋轉(zhuǎn)角計(jì)算IP核暫時(shí)還沒有。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用于旋轉(zhuǎn)角計(jì)算的基于PLB總線的嵌入式IP軟核及旋轉(zhuǎn)角計(jì)算方法，采用PLB總線接口提高了IP軟核在嵌入式系統(tǒng)中的可移植性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

用于旋轉(zhuǎn)角計(jì)算的基于PLB總線的嵌入式IP軟核，具有PLB總線訪問功能，迭代次數(shù)可配置功能，旋轉(zhuǎn)角計(jì)算功能，計(jì)算結(jié)果緩存回讀功能；包括主控制模塊，PLB總線時(shí)序轉(zhuǎn)換模塊，配置寄存器模塊，查找表RAM模塊，F(xiàn)IFO模塊，象限轉(zhuǎn)換模塊和若干個(gè)迭代模塊；主控制模塊和PLB總線時(shí)序轉(zhuǎn)換模塊均與PLB總線連接，配置寄存器模塊、查找表RAM模塊和FIFO模塊分別與主控制模塊連接，象限轉(zhuǎn)換模塊分別與主控制模塊和若干個(gè)迭代模塊連接；

主控制模塊用于控制迭代模塊的迭代啟動(dòng)、迭代次數(shù)和迭代停止，對查找表RAM中計(jì)算參數(shù)的讀取以及FIFO模塊的讀/寫操作；

配置寄存器模塊用于存儲(chǔ)配置迭代的次數(shù)，迭代計(jì)算狀態(tài)；

查找表RAM模塊用于存放計(jì)算過程中的固定參數(shù)；

FIFO模塊用于存儲(chǔ)旋轉(zhuǎn)角計(jì)算的結(jié)果；

象限轉(zhuǎn)換模塊用于判斷輸入角的象限，并將其轉(zhuǎn)換到第一象限的對應(yīng)角；

迭代模塊由多個(gè)浮點(diǎn)移位器和多個(gè)浮點(diǎn)加法器構(gòu)成，多個(gè)迭代模塊構(gòu)成多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，迭代模塊將輸出反饋到輸入實(shí)現(xiàn)多次迭代功能；浮點(diǎn)移位器用于實(shí)現(xiàn)單精度浮點(diǎn)數(shù)的向左/向右的移位功能；浮點(diǎn)加法器用于實(shí)現(xiàn)單精度浮點(diǎn)數(shù)的加/減法功能。

進(jìn)一步地，包括3個(gè)迭代模塊，構(gòu)成3級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，每個(gè)迭代模塊由2個(gè)浮點(diǎn)移位器和3個(gè)浮點(diǎn)加法器構(gòu)成。

進(jìn)一步地，所述象限轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)輸入角的正弦值和余弦值的正負(fù)號(hào)，判斷其所在象限，再根據(jù)三角函數(shù)的誘導(dǎo)公式，將其轉(zhuǎn)換到第一象限，計(jì)算出第一象限對應(yīng)角的正弦值和余弦值以及初始相位。

進(jìn)一步地，所述浮點(diǎn)移位器通過遵循“左加右減”的原則，對浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)部分進(jìn)行相應(yīng)位數(shù)的加/減，實(shí)現(xiàn)單精度浮點(diǎn)數(shù)的移位功能。

一種旋轉(zhuǎn)角計(jì)算方法，IP軟核包括3個(gè)迭代模塊，構(gòu)成3級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)角計(jì)算方法如下：

第一步，由PLB總線接口配置迭代次數(shù)和修改查找表的內(nèi)容；