CORDIC算法的优化研究及其硬件实现

陈先生528

摘
) `% r' }& X" ]; u9 \* y9 m  cASIC和FPGA由于其特有的硬件结构而被认为是各种专用快速计算的理想
平台。各类复杂运算在该平台上的逻辑实现成为国内外研究热点。CORDIC 算法
能将基础函数分解为简单的移位和加/减操作，为复杂运算的逻辑实现奠定了基础。
3 |% l0 k8 D( |8 }7 k因此，如何设计高性能的CORDIC算法受到了研究者的广泛关注。
在CORDIC算法的研究中，迭代次数多、延时大一直是影响其应用的重要因
素。本文针对CORDIC算法复杂度高、迭代次数多、收敛范围有限的问题，结合
5 U! ?' |/ b# R2 ]: G; Q4 C' \旋转角度的特点和圆周区间的对称性，分别对角度编码CORDIC算法和免缩放因
子CORDIC算法进行研究和改进。具体工作如下:
% `9 I$ I. P; T; d1 T( X针对角度编码CORDIC算法角度选择函数过于复杂，导致算法面积消耗大、
' E3 }# C) t5 P延时大的问题，本文分析了角度选择函数实现的原理，结合ASIC/FPGA的并行
6 u) q: T2 H$ x2 C5 i" x1 c; M- ?' f, P9 A性和常数角二进制表示的特点，提出了一种改进的角度编码CORDIC算法。该算
法用重编码机制对角度的二进制位进行重新编号，利用常数角的索引值和剩余角
最高非零位的位置之间的关系，能快速确定距离剩余角最近的常数角，减少角度
, ]2 r+ A5 I- D选择函数对加法器和比较器的消耗，降低了算法的硬件实现复杂度，减少延时。
( u" n% \/ K" ?3 Z5 t5 E针对免缩放因子CORDIC算法迭代次数多、收敛范围有限的问题，本文通过
分析免缩放因子CORDIC算法旋转角度的特点，结合圆周区间的对称性，提出了
免縮放因子双步旋转CORDIC 算法。该算法使用双步旋转策略，大大减少免缩放
因子CORDIC算法的迭代次数:使用区间折叠技术，将算法的收敛区间扩展到整
# n1 Y$ ?% h: U) U9 R! C2 ]1 T个圆周区间:由于合并了相邻两次迭代，减少了圆整操作的次数，算法的计算精
4 ]9 _( Y- X* q1 ^- L度也得以提高。
& u+ y7 R0 @# Q( m# a& O5 V为了验证上述算法,本文基于Verilog硬件描述语言分别实现了改进的角度编
) u/ P  a6 c6 l# J6 c码CORDIC和免缩放因子双步旋转CORDIC算法，并用统计的方法从计算精度、
) w6 k2 D1 E) W3 s4 i( G/ R6 t面积消耗、迭代次数、延时等方面分别对这两个算法进行对比分析。实验结果证
明了本文改进方案的有效性，具有一定的理论价值和实际应用价值。
关键词: ASIC; FPGA;信号处理; CORDIC算法
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ASIC和FPGA由于其特有的硬件结构而被认为是各种专用快速计算的理想 平台。各类复杂运算在该平台上的逻辑实现成为国内外研究热点。CORDIC 算法 能将基础函数分解为简单的移位和加/减操作，为复杂运算的逻辑实现奠定了基础。 因此，如何设计高性能的CORDIC算法受到了研究者的广泛关注。