[发明专利]一种基于定点数的三角函数运算电路

说明书

本发明公开一种基于定点数的三角函数运算电路，该三角函数运算电路中，预处理模块(101)与DDR模块(100)相连接，迭代运算模块(103)与预处理模块(101)连接，在迭代计数模块(102)的计数拍数的驱动下，根据预处理模块(101)输出的操作数一的预处理结果和操作数二的预处理结果所提前确定的运算结果符合位，输入的操作数在本级的当前输出作为本级的下一次输入以形成反馈结构在同一级迭代，当完成16次迭代运算后输出补码处理的三角函数结果。相对现有技术，本发明公开的运算电路节省处理器的软件指令资源，并在电路规模不变的前提下保证运算精度不变。

技术领域

本发明涉及集成电路领域，涉及一种三角函数运算器，尤其涉及一种基于定点数的三角函数运算电路。

背景技术

在计算机软件指令中，当涉及到三角函数的计算时，软件往往需要调用专门的三角函数库，然后运行几十上百条指令才能完成一个三角函数的计算，效率极其低下。而且，随着函数精度的增加，计算的复杂度也是呈几何级数上升的。因此，三角函数的指令往往是软件指令中耗时较多的部分。而将三角函数的计算采用硬件电路来完成的方式对于节省软件指令具有很大优势，不需要耗费过多的软件指令。所以，采用硬件电路技术来完成三角函数的计算是大势所趋。

传统的流水线结构的CORDIC算法，处理速度较快，流水线填满之后每一个时钟周期就会计算出一组结果，为数据实现高速实时处理提供了前提。虽然该结构大大提高了系统运算速度，但是电路规模较大，同时运算结果的精度受流水线级数的限制，要提高运算精度必须增加流水级数，进一步增大了硬件开销。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种基于3类比较普遍使用的三角函数正弦(sin)，余弦(cos)，反正切(arctan)计算的硬件实现方法，相应地以一种定点数的计算方法对这三类三角函数进行运算处理。

一种基于定点数的三角函数运算电路，包括预处理模块101、迭代计数模块102、DDR模块100和迭代运算模块103；预处理模块101，与DDR模块100相连接，用于在迭代计数模块102的计数拍数的驱动下，根据计算三角函数的类型对应地输入操作数一和操作数二，并结合DDR模块100提供的计算三角函数所需的常数分别对操作数一和操作数二进行修正，使得所述三角函数运算电路的运算结果的符号位得到提前确定；迭代运算模块103，与预处理模块101连接，用于在迭代计数模块102的计数拍数的驱动下，结合预处理模块101输出的操作数二的预处理结果，对操作数一的预处理结果以及输入的操作数零进行扩展符号位的一级CORDIC算法迭代运算，使得本级的当前输出作为本级的下一次输入以形成反馈结构在同一级迭代且本级的当前输出的结果符号位保持不变，最后使用预处理模块101所确定的符号位作为迭代运算模块103并行输出的不同类型三角函数计算结果的符号位；DDR模块100，与迭代运算模块103相连接，用于在迭代计数模块102的计数拍数的驱动下，将存储的i个旋转角度θ_i和计算三角函数所需的常数送往迭代运算模块103，并通过总线接口与处理器连接，使其在处理器接收迭代运算模块103发出的中断信号后接收迭代运算模块103的输出结果，其中θ_i＝tan^-1(2^-i)，i＝0，1，2，3，…n-1；迭代计数模块102，用于通过计数拍数信号与预处理模块101、迭代运算模块103和DDR模块100建立连接关系，使得迭代运算模块103在每一拍计数信号的驱动下根据预处理模块101和DDR模块100输入的信号完成每一级迭代运算；其中，操作数零、操作数一和操作数二都是处理器发出的，操作数零和操作数一都是二进制定点数，操作数二是以弧度形式表示的二进制定点数。

进一步地，操作数零、操作数一和操作数二都采用32位二进制数来表示定点数，且其小数点固定在第21位。