[发明专利]一种基于CORDIC的可重构计算引擎

说明书

本发明提出了一种基于CORDIC的可重构计算引擎，属于SoC架构下的IP核设计领域。针对目前5G通信、人工智能加速领域对复杂函数的需求，本发明提供了一种基于CORDIC的可重构计算引擎，通过分析复杂函数的数学特征及表达式转换，并利用各种CORDIC算子的特性，将29种复杂数学函数高效映射到10个CORDIC算子上。重构控制器通过指令接口接受配置指令，为不同的复杂函数重构特定的数据通路，并控制数据的流水化计算，最终输出相应复杂函数计算的结果。本发明提出的基于CORDIC的可重构计算引擎具有硬件资源利用率高、配置简易灵活、主频高、面积小及功耗低等优点。

技术领域

本发明涉及一种基于CORDIC的可重构计算引擎，特别是涉及SoC架构下的IP核设计技术领域。

背景技术

硬件加速器通常用于特定领域的设计，常常作为IP核被集成到SoC系统中，以完成特定场景或特定应用程序的任务。近些年来，随着5G通信技术和人工智能的发展，除了传统的算法硬件加速器外，常见的复杂的数学函数的硬件实现也有着巨大的需求。

然而，相较于软件实现类似于超越函数的复杂数学函数，硬件实现这些函数显得尤为困难，传统的方法例如查找表法、线性近似法以及非线性近似法，要么精度不够，要么所使用的硬件资源过多，不尽理想。

CORDIC算法的出现为解决复杂数学函数的硬件实现问题提供了新的思路，其利用简单的硬件友好的移位、加法以及小型查找表运算，结合多次的迭代，便能逼近一些常见的复杂函数。然而，现有的一些基于CORDIC的复杂函数的硬件实现大多着眼于单个函数的实现，其实际应用价值有限，当一些场合需要使用多种函数时，需要集成多个IP，其硬件资源利用率较低，同时也增加了硬件之间交互的复杂程度。

发明内容

发明目的：提出一种基于CORDIC的可重构计算引擎，以解决现有技术存在的上述问题，针对现有技术中存在的加速器不灵活，仅仅实现单个复杂函数，导致硬件资源利用率低，增加硬件之间交互复杂程度的问题，通过CORDIC的可重构计算引擎，灵活实现29种常见复杂数学函数的硬件计算。

技术方案：提出了一种基于CORDIC的可重构计算引擎，具体包括：数据接口、指令接口、重构控制器、计算单元MUX以及计算单元。其中，数据接口与重构控制器连接，被设置作为计算时源数据的输入以及计算结果的输出通道；指令接口与重构控制器连接，被设置为作为复杂函数选择的配置通道；重构控制器与数据接口、指令接口以及计算单元MUX连接，被设置实现对可重构计算引擎的数据流控制、数据的前后处理以及函数功能的重构；计算单元MUX与重构控制器和计算单元连接，被设置实现对计算单元中CORDIC算子的选择；计算单元与计算单元MUX连接，被设置为对复杂函数提供计算支持。

在第一方面的一些可实现方式中，为满足不同函数的需求，通过所述数据接口进行信号交互的信号进一步包括：in_1输入信号、in_2输入信号、cal_req输入信号、res_1输出信号、res_2输出信号、finish输出信号；call_type信号通过所述指令接口，配置函数计算的类型；所述重构控制器进一步包括运算控制状态机FSM和数据处理模块；所述计算单元MUX进一步包括cu_mux1模块、cu_mux2模块、cu_mux3模块、cu_mux4模块、cu_mux5模块和cu_mux6模块；所述计算单元进一步包括CR1、CV1、LR1、LV1、HR1、HV1、GHR1、GHV1、LV2和HV2共10个CORDIC基本算子。

具体的，通过所述数据接口的in_1输入信号作为单变量函数的输入，in_2输入信号作为双变量函数的补充输入，cal_req输入信号作为计算的请求信号；res_1输出信号作为单输出函数的结果输出，res_2输出信号作为双输出函数的补充结果输出，finish输出信号作为计算完成信号。通过指令接口的call_type信号，可以配置29种函数的类型，用于供重构控制器解析，配置简单的同时，还易于控制。