[发明专利]基于并行流水线设计的CORDIC加速器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于并行流水线设计的坐标旋转数字计算 (Coordinate Rotation Digital Computer，CORDIC) 加速器，具体的说是一种能快速计算超越函数的运算器，主要用于航空航天技术、机器人技术、图像信号处理、滤波技术等的运算器。

背景技术

在日常生活中，无论是涉及航空航天、图像信号处理、数字通信、视频技术或制图应用还是实际测量计算、数值分析、概率统计运动矢量估值等各个科学技术领域，高精确的三角函数运算在实际工程中有相当广泛的应用。因此，研究并用硬件设计实现较高精度和快速的三角函数运算是十分重要的。硬件实现的数学函数算法，按照数学公式和对应的实现方式的不同，可分为以下几类:查表方式、多项式近似方式、查表与多项式结合的方式、有理数近似方式和逐位方式以及CORDIC算法。

CORDIC是由J.D.Volde于1959年首次提出，该算法是一种递归算法，通过引入确定的初值，结合上简单的移位和加减法，就能实现这些复杂的函数运算。为了扩展可解决的基本函数的个数，J.Walter于1971年提出了统一的CORDIC算法。现有的CORDIC迭代运算装置用于浮点协处理器，能支持的函数种类繁多，包括算术运算、三角运算、指数运算等等，为节省资源，采用统一形式的CORDIC算法来实现所有函数的运算，如公告号为CN102073472A，授权公开日2008年4月9日的中国发明专利说明书公开的一种名为“一种三角函数CORDIC迭代运算迭代处理器及运算处理方法”。该专利提供一种三角函数CORDIC迭代协处理器及运算处理方法，通过三角函数的输入变换电路使输入参数变换到CORDIC算法允许的输入范围之内，从而达到支持全角度的三角函数运算，并且没有输入范围的限制，但是该专利在进行CORDIC运算之前需要一个54*54的乘法器，这极大增加了面积和延迟时间。

相对于实时要求和面积需求上，与常规的CORDIC迭代运算方法及相关电路实现技术相比，本发明的优势在于同时协调满足了全角度计算、低时延、小面积、高精度这四方面要求。解决了在高精度的保证下，做到最小面积且快速计算出所需的三角函数值。

发明内容

本发明的目的是：为了解决在速度保证的情况下，面积偏大与精度不高的问题，提供一种基于并行流水线设计的CORDIC加速器，具有低成本、高吞吐量、小面积、高精度的特点。

本发明的技术方案是：一种基于并行流水线设计的CORDIC 加速器，包括：一个角度预处理模块，一个CORDIC内核模块，一个后端数据处理模块，一个控制器模块。其基本特征在于所述的CORDIC内核模块前端连接角度预处理模块，后端连接数据处理模块，所述控制器模块连接角度预处理模块、CORDIC内核模块和数据处理模块，将外部数据线、控制线读入相关的数据信号和控制信号至控制器模块，随后将待求的角度传输至角度预处理模块，然后将处理好的角度与从控制器模块读入的初值一起传送至CORDIC内核模块，CORDIC内核模块采用并行流水线结构，快速计算出通过角度预处理模块后角度的正弦和余弦这两个数值，随后将计算出的数据和从控制器模块输出的相位控制信号一同传送至后端数据处理模块，判定出所对应初始相位的正余弦值的正负，最后将正弦值、余弦值传送至控制器模块，根据外部控制信号需要正弦值或余弦值，给出相关的结果，如图1所示：通过外部数据线，控制线读入相关的数据信号和控制信号至控制器模块，随后再将待求的角度传输至角度预处理模块，将全角度模块压缩至[0°, 90°]，而不局限于（-99.8°,99.8°），然后将处理好的角度与从控制器模块读入的初值一起传送至CORDIC内核模块，CORDIC采用并行流水线结构，快速计算出通过角度预处理模块后角度的正弦和余弦这两个数值，随后将计算出的数据和从控制器模块输出的相位控制信号一同传送至后端数据处理模块，判定出所对应初始相位的正余弦值的正负，最后将正弦值，余弦值传送至控制器模块，根据外部控制信号需要正弦值或余弦值，给出相关的结果。每计算完一次正余弦值，控制器便会给出一个响应信号给外部，便于调控。