高速高精度固定角度旋转CORDIC算法的设计与实现

固定角度旋转的CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)算法已经广泛的应用于高速数字信号处理、图像处理、机器人学等领域.针对固定角度旋转CORDIC算法在相位旋转过程中,存在数据吞吐率较高、占用硬件资源较多且资源消耗量大等缺点,提出了利用混合CORDIC算法,将角度旋转分为单向角度旋转和一次角度估计旋转两部分.本文根据欠阻尼理论,将固定角度旋转采用单向旋转CORDIC算法实现,减少了流水线的级数和迭代符号位的判决,然后通过对角度估计旋转的二进制表示,修正常数因子,再根据角度映射关系进行相关处理,完成高速高精度坐标旋转.最后在硬件平台上进行了仿真实验.实验结果表明,在误差范围一定的前提下,混合算法进一步的减少了迭代次数,并且资源消耗较低,提高了数据吞吐率.     

基于改进Scaling-Free CORDIC算法的DDS

直接数字频率合成器(Direct Digital Synthesizer,DDS)在现代数字通信系统中有非常重要的应用。基于CORDIC算法的DDS在高速、高精度信号源领域已得到广泛应用,但传统的CORDIC算法存在迭代次数多、硬件消耗资源大、缩放因子补偿误差等问题。文章提出固定角度的传统迭代预旋转和分段双步SF(Scaling-Free)CORDIC算法旋转方式,有效减少了算法的迭代次数,并且采用区间映射将收敛区间扩展到[0,2π]。结果表明,该算法在保持高计算精度的同时减少了迭代次数和面积消耗。基于此算法的DDS产生的正交信号具有精度高、噪声低、线性度好等优点。     

免缩放因子双步旋转CORDIC算法

集成电路设计中经常使用CORDIC算法实现高效的向量旋转操作.当前对该算法的研究热点集中在减少该算法的迭代次数、扩展其收敛范围以及降低缩放因子补偿操作的代价等问题上.本文提出免缩放因子的双步旋转CORDIC算法使用双步旋转策略,减少了免缩放因子CORDIC算法的迭代次数,将收敛区间扩展到了整个圆周区间.实验结果表明,该算法保持高计算精度的同时减少了迭代次数和面积消耗.     

一种基于贪婪算法的CORDIC改进算法

针对传统串行坐标旋转数字计算方法(CORDIC)耗时且占用较多资源的缺点,提出了一种旋转模式下CORDIC算法的新型改进算法,该改进算法可用来代替直接数字频率合成器(DDS)查找表进行正余弦的计算。通过采用贪婪算法实现对CORDIC旋转方向与旋转角度的优化,从而可以达到串行转并行和减少迭代次数、节约资源的目的。该算法可以应用于三角函数的复杂函数的硬件实现中。仿真结果表明,在迭代次数相同的情况下,改进算法较传统算法可以获得更高的精度。最后,在Xilinx FPGA的Spartan-3E芯片上实现了改进的CORDIC结构。与传统CORDIC算法相比,在运算精度为10-5时,可以节省Slices、LUTs(Look Up Tables)资源分别为28%和25%。     

改进型CORDIC算法的研究与实现

CORDIC的运算速度问题是研究的热点。为了解决CORDIC运算速度慢的问题,采用跳过零点思想,跳过输入相位值中为0的位,有效的减少了迭代次数。利用ISE仿真技术多次仿真综合。验证出改进型的CORDIC算法,在保证算法的运算精度基础上,明显地改善了CORDIC的运算速度,尤其针对于一些特殊的旋转角度,利用极少的旋转就达到结果。最终利用FPGA实现改进后CORDIC算法。     

基于CORDIC的精确快速幅相解算方法

针对传统CORDIC算法进行高精度幅度相位解算时迭代次数过多、时延较长、相位收敛较慢等局限,提出了一种基于最佳一致逼近方法的幅度与相位补偿算法,即利用传统CORDIC算法迭代一定次数后得到的向量信息,采用最佳一致逼近方法对幅度和相位分区间进行一阶多项式补偿,有效提高了计算精度.仿真及实测结果表明,对传统CORDIC算法4次迭代后的结果进行补偿,幅度相对误差可达到10^-5量级、相位绝对误差可达到10^-5度量级,最大输出时延不大于100ns.在使用部分专用乘法器的条件下,寄存器消耗降低了42.5%,查找表消耗降低了15.5%.采用该补偿算法,每多一次CORDIC迭代其相位精度可提高约一个数量级.因此,本文提出的补偿CORDIC算法在迭代次数、计算精度等方面优于传统CORDIC算法,适合于高精度计算的场合.     

CORDIC算法的FPGA与DSP实现的优劣分析

介绍了坐标旋转数字计算机（CORDIC）的算法原理,分析了算法中旋转迭代次数、操作数位宽与精度的关系,在现场可编程门阵列（FPGA）芯片和数字信号处理器（DSP）芯片上用全流水、高并行结构分别实现了旋转模式下的CORDIC算法,并将两者的精度、时间效率、空间效率的优劣进行比较。结果表明,DSP数值精度比FPGA高且设计更灵活,可移植性更强;而FPGA速度远远快于DSP,消耗硬件资源更少。     

CORDIC算法的一种补码实现结构设计

根据CORDIC算法原理,分析了该算法角度旋转范围缺陷,提出360°覆盖的角度旋转算法结构;推导出利用补码实现CORDIC算法的迭代运算单元结构,并根据该补码运算原理设计了CORDIC补码迭代运算单元和方向向量发生器的实现结构.     

基于CORDIC旋转器的基-3 FFT算法高效设计

设计出一种可以用于FPGA高效实现的基-3 FFT算法,采用改进的三端前馈延迟转换器结构,优化了延迟和运算过程。针对蝶形运算中复数乘法器占据大量内存的问题,引入了CORDIC旋转器实现输入与旋转因子相乘的运算,可以降低乘法运算的复杂度,该CORDIC旋转器采用改进的高基CORDIC算法,解决了传统的CORDIC算法迭代次数多、延迟大的问题,从而达到高吞吐率要求。该基-3 FFT算法以寻址变序、流水处理的方式,可以满足最高运行频率为404 MHz的FFT处理要求。与基于传统复数乘法器的基-3 FFT算法相比,基于CORDIC旋转器的基-3 FFT算法使功耗平均减少了22%,使总延迟平均减少了29%。     

基于改进CORDIC算法的DDFS设计

设计了一种基于改进CORDIC算法的直接数字式频率合成器(DDFS)。在CORDIC算法的基础上,采用角度重编码来进行迭代方向预测,避免了传统算法中迭代方向需要由剩余角度与输入角度反复比较的不足;运用少数比特迭代法,对迭代过程进行优化,减少了迭代次数,降低了传统CORDIC算法的运算量。     

基于改进cordic算法的NCO设计

提出了一种改进cordic(coordinate rotation digital compute,坐标数字旋转)算法,用于实现NCO(数控振荡器)的设计。该算法能够预先确定所有迭代的旋转方向,相对于传统cordic算法,减少了硬件资源消耗。采用Altra公司CycloneII系列芯片EP2C5AF256A7进行FPGA验证,结果符合设计要求。     

视频目标检测跟踪程序在多核DSP上的并行实现

高性能多核 DSP 的通信以及并行执行是多核系统设计的关键.文章分析了视频目标跟踪算法各模块的资源消耗,对各部分算法提出了并行计算的思路;提出改进的二值化掩膜法提取背景图像;提出辅助并行结构以使负载均衡;研究了 DSP多核通信的进程间通信(IPC)同步机制,运用流水线并行结构,实现三核同步并行处理系统.通过实验,测试了通信延迟时间,并把目标跟踪程序合理地划分到3个 DSP核中,实现并行处理,达到了实时性要求.     

基于FPGA的弱小目标增强方法

针对强光背景低对比度条件下弱小目标的特点,提出基于Sigmoid函数的图像增强方法.该方法能扩展图像中像素较多的灰度,压缩像素较少的噪声.针对传统的Cordic算法,提出了一种基于查找表-流水线乘积(LTPM)的算法实现指数运算,运用该算法,在FPGA中很好地实现了本文提出的增强算法.     

A systolic algorithm and architecture for solving sets of linear equations with multi-band coefficient matrix

In this paper we present a design example of an artificial parallel block-iterative systolic algorithm for solving large sets of linear equations with positive multi-band coefficient matrix. To prepare for the iteration the system of equations is decoupled into subsystems whose coefficient matrices are implicitly inverted using a novel direct algorithm. This algorithm computes for each submatrix a parametrized embedding of its inverse which is then used in a Jacobi-like iteration. All steps in the overall procedure are Schur-type recursions which are realized in cordic arithmetic. This work was supported by the Dutch National Applied Science Foundation under grant STW DEL 47.0643 and by the commission of the EC under contract ESPRIT 991.     

Energy-efficient scheduling for multiprocessors

An energy-efficient scheduling algorithm is proposed for parallel tasks in a multiprocessor system. The proposed algorithm utilises the dynamic voltage scaling (DVS) method for low energy consumption and executes tasks in parallel to compensate for the execution delay induced by the DVS method     

5G低轨卫星两步随机接入方案及其FPGA实现

为了实现低轨卫星通信系统高效率低时延的用户接入,提出了适用于低轨卫星系统的两步随机接入方案,对随机接入信道的数据发送、信道结构、前导码设计以及映射关系进行了设计,并进行了现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA)实现。针对传统MAX-LOG-MPA算法FPGA处理时延长的问题,提出了一种节点并行迭代更新的FPGA接收机设计来降低处理时延。仿真结果验证了所设计的信道结构以及FPGA实现的可行性,相比传统接入方式可接入的用户数量更多,同时采用并行节点迭代更新的接收机将迭代处理时延降低为1/6。     

移动Ad Hoc云中任务卸载的联合优化策略

为了降低移动Ad Hoc云中客户端卸载计算密集型任务过程中产生的计算能耗、传输能耗和任务时延,该文提出了一种联合优化算法。该算法首先基于计算能耗、通信能耗及任务时延进行建模;然后进行预估计,以选择更优的代理终端,并由此降低总的系统能耗与任务时延。仿真结果表明,相对于传统云算法,该算法在系统能耗和任务时延两方面均有显著提升。     

Para-CORDIC: parallel CORDIC rotation algorithm

In this paper, the parallel COrdinate Rotation DIgital Computer (CORDIC) rotation algorithm in circular and hyperbolic coordinate is proposed. The most critical path of the conventional CORDIC rotation lies in the determination of rotation directions, which depends on the sign of the remaining angle after each iteration. Using the binary-to-bipolar recoding (BBR) and microrotation angle recoding techniques, the rotation directions can be predicted directly from the binary value of the initial input angle. The original sequential CORDIC rotations can be divided into two phases where the rotations in each phase can be executed in parallel. Our proposed architectures have a more regular and simpler prediction scheme compared to previous approaches. The critical path delay is reduced since the concurrently predicted rotations can be combined using multioperand carry-save addition structures.     

RNS与Delta-Sigma编码的位数据流的数值转换算法及硬件实现

利用RNS(余数数制系统)可以执行并行的数据处理以及实现快速无进位算法,在VLSI(超大规模集成电路)设计中表现出低功耗、占用面积小和时延少等优良特性.根据中国剩余定理,基于(2n-1)2n(2n+1)模组,利用Verilog语言设计了RNS到位数据流的数值转换接口电路.以使传统的多位数(Bit)的复杂运算转化为多个并行的较少位数的简单运算,从而降低单次运算的复杂度、时延和功耗.该转换电路面向"Σ-Δ"编码的数据流,不同于传统的二进制数据转换,可以方便地与基于DSD(Direct Stream Digital)的Delta-Sigma系统进行无缝连接.     

改进型高速高精度CORDIC算法及其在DDFS中的应用

提出了一种新的选择迭代式高速高精度CORDIC（COrdinate Rotation Digital Computer）算法.基于表驱动法缩小目标旋转角度,通过改进的基本角度选择方法旁路不必要的迭代;并以移位和减法实现幅度校正,减小硬件资源消耗.设定角度误差小于10^-5rad时,迭代次数减小至7次以下.在DDFS（Direct Digital Frequency Synthesizer）的应用中,利用区间压缩技术在Xilinx的FPGA中实现20位定点小数电路设计.仿真及实测结果表明,该算法幅度误差小于2×10^-5,输出延时不大于43.5ns,同时硬件资源消耗不增加.