[发明专利]一种基于CORDIC算法的可重构浮点运算装置

说明书

一种基于CORDIC算法的可重构浮点运算装置，其包括：预处理模块，用于完成输入数据从IEEE‑754标准的单精度浮点格式到定点格式的转换，并将其映射到收敛域内；串‑并混合的可重构CORDIC迭代单元模块，用于完成CORDIC算法的迭代运算部分，由旋转模块A和B两部分组成：旋转模块A用于串行流水结构的实现，实现模块复用最大化，旋转模块B基于旋转方向并行预测方法，采用树状加法器结构，用于旋转模式下并行结构的实现；在后处理模块，根据预处理模块的编码信号选择相应的结果输出，并完成尾数的规格化处理，输出单精度浮点数据格式计算结果；本发明具有原理简单、低延迟、高精度、硬件开销低的特点。

技术领域

本发明属于雷达实时成像处理中浮点运算器的技术领域，具体涉及一种基于CORDIC算法的可重构浮点运算装置。

背景技术

在星上合成孔径雷达(SAR)实时成像处理时，为了实现更高的分辨率，需要存储和下传的数据量很大，而且成像处理算法的运算量巨大，这不仅对实时处理提出了挑战，也给硬件实现带来了很大的困难。尤其是Chirp Scaling(CS)算法中相位补偿因子的计算，包含单精度浮点三角函数、开方等多种非线性运算。这些运算一般采用查找表、多项式拟合、Digit-by-digit等方法在硬件上实现，但是往往硬件实现结构复杂，并且运算速度较低，而且需要消耗较多的硬件资源。

坐标旋转数字计算(Coordinate Rotation Digital Computer，CORDIC)算法可以将多种非线性运算转化为适合硬件实现的加减、移位运算，极大的降低了硬件设计的复杂性。但是传统的CORDIC算法存在收敛范围有限，算法延时长等问题，重复某些特定的迭代可以扩大收敛域，但会导致缩放因子为非常数，需要增加额外的硬件逻辑来运算，Scaling-Free CORDIC算法通过采用泰勒级数近似的方法，可以免去缩放因子的计算，同时减少了迭代级数，但是这种方法大多数应用到定点CORDIC运算中，不能满足Chirp Scaling算法中的计算精度。

由于CORDIC算法在实现不同运算时需处在不同坐标系统、不同模式下，目前已有的基于CORDIC算法的运算器大多数只能工作在单一坐标系统和旋转模式下，实现某一种运算，在针对一些特定应用实现多种运算时，往往需要多个处理器。因此，设计一种可以兼容多种模式的可重构浮点运算器尤为重要。但是在不同运算模式下的收敛域以及需输入的初值均不相同，并且为节省硬件资源，需要将单精度浮点数据转换为定点数据来进行迭代运算，在设计过程中，需要根据运算特征最大化复用在不同模式下的共有运算单元。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、小面积、低延迟、可适应多种运算模式的基于CORDIC算法可重构浮点运算装置。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于CORDIC算法的可重构浮点运算装置，其包括预处理模块，可重构CORDIC迭代单元模块和后处理模块；

预处理模块，将待运算数据从单精度浮点格式转换为定点格式，并将其映射到收敛域内；

可重构CORDIC迭代单元模块，由旋转模块A和旋转模块B两部分组成，旋转模块A将收敛域中的定点格式数据进行串行流水迭代运算得到最终运算结果或运算中间值，旋转模块B对运算中间值进行并行迭代运算得到最终运算结果；

后处理模块，对从旋转模块A或旋转模块B输出的最终运算结果完成定点到单精度浮点的转换。

进一步地，所述可重构浮点运算装置设置3比特信号T₁T₀M来进行模式的选择，其中，信号T₁T₀用于坐标系统的选择，信号M用于旋转模式的选择；T₁T₀＝00，01和10分别表示圆周，线性和双曲坐标系统，M＝0表示旋转模式，M＝1表示向量模式。