低时延—消耗CORDIC算法及结构的技术研究

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现代数字系统都离不开超越函数的计算,并且随着社会的发展和技术的进步,人们对系统的计算速度要求越来越高,在一般的硬件设计方案中,各种超越函数的计算都会花费大量的时间和消耗大量的硬件资源,CORDIC算法设计非常巧妙,其将复杂的运算分解成一系列加法和移位操作,由于现代大规模集成电路技术的发展和工艺技术的进步,CORDIC算法越来越受到重视,因为其非常容易运用现代硬件电路技术实现,极大地降低系统设计的复杂度。目前许多算法设计不能同时兼顾速度、面积、功耗等硬件设计技术指标,如何在保证精度的前提下,达到速度、面积和功耗的平衡成为研究这一算法的关键。本文详细分析了国内外关于CORDIC算法的研究现状,设计并改进了 CORDIC算法,针对常规CORDIC算法的局限性,成功解决了速度、面积、精度之间的制约关系,打破了角度覆盖范围的限制。通过压缩ROM容量,节省了访问ROM的时间,提高了系统的运算速度,同时还能够减少系统的面积;通过减少模校正因子,简化硬件的实现的难度,同时也减少了系统的面积;通过去掉一些不必要的迭代,减少流水线级数,提高了系统的运算的速度;通过旋转角度范围的扩展将角度范围覆盖到整个周期。新的结构在Altera公司的Cyclone系列芯片EP4CGX22CF19C6上,经过综合、仿真后,实验结果表明:在一定计算精度范围内,相较于最初的算法结构,资源消耗节省了约33.27%,最高工作频率提高了约11.28%,在不同工作频率上时延都少用了约6个时钟周期,在不同工作频率上系统的功耗最少下降了约5.54%,并且功耗随着工作频率的提高功率下降的速度越快。
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