專(zhuān)利名稱(chēng)：一種三角函數(shù)cordic迭代運(yùn)算協(xié)處理器及運(yùn)算處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三角函數(shù)CORDIC迭代運(yùn)算協(xié)處理器及運(yùn)算處理方法，特別是包 括三角函數(shù)運(yùn)算的無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)浮點(diǎn)協(xié)處理器。
背景技術(shù)：
目前在無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)處理中廣泛使用的浮點(diǎn)協(xié)處理器一般都會(huì)支持正弦、余弦、 正切等三角函數(shù)運(yùn)算，普遍使用Cordic算法進(jìn)行協(xié)處理器設(shè)計(jì)。Cordic算法由J. E Voider 開(kāi)發(fā)并命名為Coordinate Rotation Digital Computer，并且通過(guò)由圓周旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展到直角 和雙曲坐標(biāo)來(lái)完善了乘除、對(duì)數(shù)和指數(shù)的運(yùn)算。Cordic算法提供了一種統(tǒng)一的方式來(lái)實(shí)現(xiàn) 各種基本函數(shù)，因此在計(jì)算機(jī)及通信等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。Cordic算法包括三種坐標(biāo)系，如果在直角坐標(biāo)系下的向量(X。，Y0)按照下

圖1所 示的方向旋轉(zhuǎn)角度θ得到向量(X1, Y1),那么二個(gè)坐標(biāo)的關(guān)系可以表示為
X1 = X0*cos θ - Y0*sin θ Y1 = Y0*cos θ + X0^sin θ 經(jīng)過(guò)變換也可以表示為 X1 = cos θ * (X0 - Y0*tan θ ) Y1 = cos θ * (Y0 + X0*tan θ )
并且，如果我們?nèi)コ齝os θ的影響，可以得到偽旋轉(zhuǎn)方程式 X1 = X0 - Y0*tan θ Y1 = Y0 + X0^tan θ
為了利于二進(jìn)制硬件電路的實(shí)現(xiàn)，我們讓tan θ = 2人并且，我們定義屯表示旋轉(zhuǎn)的 方向，角度累加器Z用于追蹤迭代旋轉(zhuǎn)中的角度疊加。那么上述公式中的運(yùn)算就可以用移 位的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，如下所示
X1 = cos θ * (X0 - φ*Υ0*2力 Y1 = cos θ * (Y0 + 屯《0*2力 Z1 = Z0 - Cli* θ i
Cordic還可以使用其它坐標(biāo)系來(lái)進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)，一般應(yīng)用比較廣泛的是線(xiàn)性坐標(biāo)系和 雙曲線(xiàn)坐標(biāo)系。Cordic算法為了硬件實(shí)現(xiàn)的方便，將三個(gè)坐標(biāo)系中的運(yùn)算全部統(tǒng)一到一個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)化的方程組中，如下所示 Xn+1 = Xn - U*dn*Yn*2_n Yn+1 = Yn + dn*Xj2-n Zn+i ~ Zn - dn*e
其中在三種坐標(biāo)系下U跟e的區(qū)別如下 圓周坐標(biāo):u = 1 θ1 = tarTT 線(xiàn)性坐標(biāo):u = O = 2^ 雙曲線(xiàn)坐標(biāo):u = -1 θ1 = tantrT對(duì)于上述的三角函數(shù)運(yùn)算，正弦運(yùn)算采用圓周坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)使角度累 加器旋轉(zhuǎn)到0，得出sin函數(shù)運(yùn)算的結(jié)果；余弦同樣運(yùn)算采用圓周坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)， 通過(guò)使角度累加器旋轉(zhuǎn)到0，得出cos函數(shù)運(yùn)算的結(jié)果；正切運(yùn)算需要進(jìn)行二次Cordic引 擎的運(yùn)算，分別為正弦、余弦的運(yùn)算和除法的運(yùn)算。首先通過(guò)圓周坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)模式進(jìn)行sin 和cos函數(shù)的運(yùn)算，然后通過(guò)sin和cos的結(jié)果的除法運(yùn)算得出tan函數(shù)運(yùn)算的值。其中 除法運(yùn)算可以采用直角坐標(biāo)的矢量模式來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，通過(guò)使Y路徑分量逐漸接近于0，最終 在Z路徑方向得出除法運(yùn)算的結(jié)果。
使用Cordic引擎如下表1中所示 表權(quán)利要求
1.一種三角函數(shù)CORDIC迭代運(yùn)算協(xié)處理器，所述協(xié)處理器包括，CORDIC迭代運(yùn)算 單元以及運(yùn)算結(jié)果輸出單元，所述CORDIC迭代運(yùn)算單元根據(jù)輸入角度執(zhí)行CORDIC迭代運(yùn) 算并將運(yùn)算結(jié)果輸出到所述運(yùn)算結(jié)果輸出單元，其特征在于，所述協(xié)處理器還包括，角度 范圍轉(zhuǎn)換單元，所述角度范圍轉(zhuǎn)換單元在CORDIC迭代運(yùn)算單元將所述輸入角度執(zhí)行除以 JI/2運(yùn)算，得到并將其商分解為m，η, ρ三部分，所述商等于4*m+n+p，其中m，η為整數(shù)，且 0<=η<=3, ρ為小于1的浮點(diǎn)數(shù)，所述CORDIC迭代運(yùn)算單元對(duì)ρ* π /2的值執(zhí)行CORDIC三角 函數(shù)迭代運(yùn)算。
2.如權(quán)利要求1所述的協(xié)處理器，其特征在于，所述協(xié)處理器還包括輸入預(yù)處理單元， 所述輸入預(yù)處理單元將輸入數(shù)據(jù)的11位指數(shù)位的值與1023進(jìn)行比較，如果輸入數(shù)據(jù)指數(shù) 位的值大于1023，則所述輸入數(shù)據(jù)先通過(guò)所述角度范圍轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行角度轉(zhuǎn)化；如果輸入 數(shù)據(jù)指數(shù)位的值小于1023，則所述輸入數(shù)據(jù)直接進(jìn)行所述CORDIC三角函數(shù)迭代運(yùn)算。
3.如權(quán)利要求2所述的協(xié)處理器，其特征在于，所述協(xié)處理器還包括移位匹配處理單 元，用于對(duì)輸入數(shù)據(jù)的尾數(shù)進(jìn)行移位處理。
4.如權(quán)利要求2所述的協(xié)處理器，其特征在于，所述協(xié)處理器還包括三角函數(shù)結(jié)果轉(zhuǎn) 換單元，所述三角函數(shù)結(jié)果轉(zhuǎn)換單元根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的符號(hào)位以及η的值選擇sin (P* η/2) 和cos (ρ* π/2)的值作為結(jié)果以及得出運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)位。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的協(xié)處理器，其特征在于，所述CORDIC迭代運(yùn)算 單元進(jìn)行運(yùn)算的X方向路徑和Y方向路徑的位寬為108位，Z方向路徑的位寬為56位。
6.如權(quán)利要求5所述的協(xié)處理器，其特征在于，所述角度范圍轉(zhuǎn)換單元的除以π/2運(yùn) 算完成之后，運(yùn)算結(jié)果從Z方向路徑輸出。
7.如權(quán)利要求6所述的協(xié)處理器，其特征在于，所述協(xié)處理器還包括規(guī)范化及舍入處 理單元，經(jīng)過(guò)規(guī)范和舍入處理使輸出結(jié)果符合ΙΕΕΕ-7Μ標(biāo)準(zhǔn)。
8.一種CORDIC迭代運(yùn)算協(xié)處理器的三角函數(shù)運(yùn)算處理方法，其特征在于，所述方法包括，第一步，所述協(xié)處理器在同一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)進(jìn)行指數(shù)運(yùn)算及預(yù)處理以及移位匹配處 理，完成Cordic迭代運(yùn)算操作數(shù)準(zhǔn)備；第二步，所述協(xié)處理器進(jìn)行所述操作數(shù)的除以η /2的Cordic除法迭代運(yùn)算； 第三步，在所述除法迭代運(yùn)算完成之后的下一個(gè)周期，進(jìn)行η /2移位運(yùn)算和角度轉(zhuǎn)換；第四步，使用Cordic迭代運(yùn)算單元進(jìn)行三角函數(shù)運(yùn)算；第五步，三角函數(shù)運(yùn)算完成之后在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)進(jìn)行三角函數(shù)運(yùn)算轉(zhuǎn)換和舍入及格 式化處理。
全文摘要
一種三角函數(shù)CORDIC迭代運(yùn)算協(xié)處理器，所述協(xié)處理器包括，CORDIC迭代運(yùn)算單元以及運(yùn)算結(jié)果輸出單元，所述CORDIC迭代運(yùn)算單元根據(jù)輸入角度執(zhí)行CORDIC迭代運(yùn)算并將運(yùn)算結(jié)果輸出到所述運(yùn)算結(jié)果輸出單元，所述協(xié)處理器還包括，角度范圍轉(zhuǎn)換單元，所述角度范圍轉(zhuǎn)換單元在CORDIC迭代運(yùn)算單元將所述輸入角度執(zhí)行除以π/2運(yùn)算，得到并將其商分解為m，n，p三部分，所述商等于4*m+n+p，其中m，n為整數(shù)，且0<=n<=3，p為小于1的浮點(diǎn)數(shù)，所述CORDIC迭代運(yùn)算單元對(duì)p＊π/2的值執(zhí)行CORDIC三角函數(shù)迭代運(yùn)算。采用本發(fā)明的技術(shù)方案后，三角函數(shù)CORDIC迭代運(yùn)算協(xié)處理器支持支持全角度的三角函數(shù)運(yùn)算，并且運(yùn)算效率更高。
文檔編號(hào)G06F7/548GK102073472SQ201110001029
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月5日
發(fā)明者李松 申請(qǐng)人:東莞市泰斗微電子科技有限公司