高性能专用数字协处理器的设计与测试

摘要

CORDIC算法通过简单的加法和移位操作就可以完成三角函数、指数函数和对数函数等超越函数的计算，且该算法是一种规则化的算法，结构简单，可以很容易在硬件上实现。目前CORDIC算法已经被成功地应用于FFT、DCT等数字信号处理等领域。
　　本论文将研究设计一种专用的高性能数字协处理器，该协处理器的设计目标是超高速运算一些特定超越函数。而不是处理所有的数字运算，从而将简单的数字运算交给通用CPU去处理，这样就可以使用低廉的成本达到专用的高速实时信号处理要求，并且同时设计嵌入式的协处理器的性能测试系统，该系统可以准确的测量协处理器的单次运算时间、突发式多次运算时间及协处理器的平均工作电流。本课题的创新点在于，对协处理器的低功耗、高性能设计方面提出了动态数字电路的概念。将CORDIC算法的三种硬件实现模式：顺序计算模式、并行级联模式、管道流水线模式分时加载到FPGA的相同逻辑单元之中，在不增加硬件资源的情况下，将低功耗和高性能有机结合到一块FPGA之中，为该系统的实际应用带来了广阔的前景。本课题研究的高性能专用数字协处理器及其测试系统分为以下几个部分：
　　1.基于FPGA的高性能低功耗数字协处理器硬件系统。
　　2.基于CPLD的数字协处理器ISP配置电路硬件系统。
　　3.基于MSP430F2418处理器的数字协处理器测试平台硬件系统。
　　4.基于CORIDC算法的三种数字协处理器内核软件。
　　5.ISP配置电路软件。
　　6.数字协处理器测试平台软件系统。
　　最后将不同工作模式下数字协处理器的性能及功耗进行了比较，为后续的研究工作打下了良好的基础。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 课题的选题依据与意义

1.3 国内外研究现状

1.4 课题的研究内容及目标

1.5 论文结构

第二章 CORDIC算法

2.1 CORDIC算法的定义

2.2 CORDIC原理

2.3 CORDIC算法的应用

2.4 CORDIC算法的实现方法

2.5 本章小结

第三章 硬件系统设计

3.1 硬件需求分析

3.2 硬件器件选型

3.3 硬件系统设计与实现

3.4 本章小结

第四章 ASIC系统前端设计

4.1 功能模块划分

4.2 模块设计与功能仿真验证

4.3 可综合模块设计

4.4 本章小结

第五章 软件系统设计

5.1 软件需求分析

5.2 软件概要设计

5.3 软件详细设计与实现

5.4 软件系统测试

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 未来发展展望

致谢

参考文献

攻硕期间的研究成果