基于分段查表三角函數(shù)實現(xiàn)fpga數(shù)字信號處理的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及FPGA進(jìn)行數(shù)字信號處理領(lǐng)域，尤其涉及基于三角函數(shù)實現(xiàn)FPGA數(shù)字 信號處理的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在利用FPGA進(jìn)行數(shù)字信號處理中常會利用三角函數(shù)。常用FPGA三角函數(shù)實現(xiàn) 方法有查表法和CORDIC模塊法。其中查表法具有延遲小的特點，但會占用FPGA較多的 存儲資源。利用CORDIC模塊法具有占用存儲資源少，但會有較長的計算延遲，在專利CN 102542336中利用CORDIC模塊需要大約20個時鐘周期計算延遲。本發(fā)明采用基于查找表 的方法計算三角函數(shù)，常規(guī)的查表方法需要較大的內(nèi)存不利于在FPGA中實現(xiàn)，根據(jù)要求的 精度不同查找表的深度不同，例如計算0° -70°度之間精度為0.01°的sin三角函數(shù)，需 要查找表的深度為7000,將占用FPGA有限的存儲資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了基于分段查表三角函數(shù)實 現(xiàn)FPGA數(shù)字信號處理的方法，利用分段式查找表解決了利用FPGA計算三角函數(shù)值精度和 查找表深度的矛盾，節(jié)約了FPGA有限的存儲空間。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：基于分段查表三角函數(shù)實現(xiàn)FPGA數(shù)字信號處理的方 法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：
[0005] 1)將FPGA分為3部分：索引值計算模塊、三角函數(shù)查找表和線性插值模塊；三角 函數(shù)查找表包含角度和三角函數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，固化在FPGA中的ROM存儲資源中；索引值計 算模塊根據(jù)輸入的角度值計算出所對應(yīng)三角函數(shù)查找表中的索引位置；線性插值模塊對查 表所得的三角函數(shù)值進(jìn)行線性插值得到精度更高的三角函數(shù)計算值；
[0006] 2)區(qū)間劃分：根據(jù)三角函數(shù)曲線斜率的變化對角度區(qū)間進(jìn)行劃分；
[0007] 3)根據(jù)所劃分的角度區(qū)間生成查找表；
[0008] 4)按照IEEE-754將浮點型查找表轉(zhuǎn)換為定點的查找表，具體表示方法與浮點查 找表的范圍和計算精度相關(guān)；將定點查找表固化在FPGA的ROM中；
[0009] 5)根據(jù)輸入的角度值進(jìn)行索引，索引值的計算采用索引值=基地址+偏移量；設(shè) 定查找表劃分為K個區(qū)間，每個區(qū)間采樣點的數(shù)量為p(n)n= 1,2…K;當(dāng)前角度值0屬于
【主權(quán)項】
1. 基于分段查表三角函數(shù)實現(xiàn)FPGA數(shù)字信號處理的方法，其特征在于：所述方法包括 以下步驟： 1) 將FPGA分為3部分：索引值計算模塊、三角函數(shù)查找表和線性插值模塊；三角函數(shù) 查找表包含角度和三角函數(shù)值的對應(yīng)關(guān)系，固化在FPGA中的ROM存儲資源中；索引值計算 模塊根據(jù)輸入的角度值計算出所對應(yīng)三角函數(shù)查找表中的索引位置；線性插值模塊對查表 所得的三角函數(shù)值進(jìn)行線性插值得到精度更高的三角函數(shù)計算值； 2) 根據(jù)所劃分的角度區(qū)間生成查找表； 3) 按照IEEE-754將浮點型查找表轉(zhuǎn)換為定點的查找表，具體表示方法與浮點查找表 的范圍和計算精度相關(guān)；將定點查找表固化在FPGA的ROM中； 4) 根據(jù)輸入的角度值進(jìn)行索引，索引值的計算采用索引值=基地址+偏移量；設(shè)定查 找表劃分為K個區(qū)間，每個區(qū)間采樣點的數(shù)量為p(n)n=l，2…K;當(dāng)前角度值Θ屬于區(qū) 間m，則基地址=
，其中運算符U表示向下取整 Lxj=max{n eZ |n彡x};計算出索引值
5) 根據(jù)索引值查表得出查表值； 6) 對查表所得的三角函數(shù)值進(jìn)行線性插值得到精度更高的三角函數(shù)計算 值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分段查表三角函數(shù)實現(xiàn)FPGA數(shù)字信號處理的方法，其特 征在于：所述步驟2)中區(qū)間劃分，根據(jù)三角函數(shù)曲線斜率的變化對角度區(qū)間進(jìn)行劃分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于分段查表三角函數(shù)實現(xiàn)FPGA數(shù)字信號處理的方法，其特 征在于：所述步驟3)中查找表利用數(shù)值計算工具matlab生成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于分段查表三角函數(shù)實現(xiàn)FPGA數(shù)字信號處理的方法，其特 征在于：所述步驟4)對三角函數(shù)的查找表量化，量化誤差< 1/2η，η為采樣點的量化位數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于分段查表三角函數(shù)實現(xiàn)FPGA數(shù)字信號處理的方法，其特 征在于：對查表所得的三角函數(shù)值采用線性插值。
【專利摘要】本發(fā)明提出了基于分段查表三角函數(shù)實現(xiàn)FPGA數(shù)字信號處理的方法，包括以下步驟：將FPGA分為3部分：索引值計算模塊、三角函數(shù)查找表和線性插值模塊；三角函數(shù)查找表包含角度和三角函數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，固化在FPGA中的ROM存儲資源中；索引值計算模塊根據(jù)輸入的角度值計算出所對應(yīng)三角函數(shù)查找表中的索引位置；線性插值模塊對查表所得的三角函數(shù)值進(jìn)行線性插值得到精度更高的三角函數(shù)計算值；本發(fā)明基于分段查表三角函數(shù)實現(xiàn)FPGA數(shù)字信號處理的方法，利用分段式查找表解決了利用FPGA計算三角函數(shù)值精度和查找表深度的矛盾，節(jié)約了FPGA有限的存儲空間。
【IPC分類】G06F17-15
【公開號】CN104765713
【申請?zhí)枴緾N201410808364
【發(fā)明人】黃繼江, 曹劍中, 張健, 任龍
【申請人】中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2014年12月20日