本发明专利技术提出了一种基于CORDIC的可重构计算引擎，属于SoC架构下的IP核设计领域。针对目前5G通信、人工智能加速领域对复杂函数的需求，本发明专利技术提供了一种基于CORDIC的可重构计算引擎，通过分析复杂函数的数学特征及表达式转换，并利用各种CORDIC算子的特性，将29种复杂数学函数高效映射到10个CORDIC算子上。重构控制器通过指令接口接受配置指令，为不同的复杂函数重构特定的数据通路，并控制数据的流水化计算，最终输出相应复杂函数计算的结果。本发明专利技术提出的基于CORDIC的可重构计算引擎具有硬件资源利用率高、配置简易灵活、主频高、面积小及功耗低等优点。及功耗低等优点。及功耗低等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于CORDIC的可重构计算引擎
[0001]本专利技术涉及一种基于CORDIC的可重构计算引擎，特别是涉及SoC架构下的IP核设计
技术介绍
[0002]硬件加速器通常用于特定领域的设计，常常作为IP核被集成到SoC系统中，以完成特定场景或特定应用程序的任务。近些年来，随着5G通信技术和人工智能的发展，除了传统的算法硬件加速器外，常见的复杂的数学函数的硬件实现也有着巨大的需求。
[0003]然而，相较于软件实现类似于超越函数的复杂数学函数，硬件实现这些函数显得尤为困难，传统的方法例如查找表法、线性近似法以及非线性近似法，要么精度不够，要么所使用的硬件资源过多，不尽理想。
[0004]CORDIC算法的出现为解决复杂数学函数的硬件实现问题提供了新的思路，其利用简单的硬件友好的移位、加法以及小型查找表运算，结合多次的迭代，便能逼近一些常见的复杂函数。然而，现有的一些基于CORDIC的复杂函数的硬件实现大多着眼于单个函数的实现，其实际应用价值有限，当一些场合需要使用多种函数时，需要集成多个IP，其硬件资源利用率较低，同时也增加了硬件之间交互的复杂程度。
技术实现思路
[0005]专利技术目的：提出一种基于CORDIC的可重构计算引擎，以解决现有技术存在的上述问题，针对现有技术中存在的加速器不灵活，仅仅实现单个复杂函数，导致硬件资源利用率低，增加硬件之间交互复杂程度的问题，通过CORDIC的可重构计算引擎，灵活实现29种常见复杂数学函数的硬件计算。
[0006]技术方案：提出了一种基于CORDIC的可重构计算引擎，具体包括：数据接口、指令接口、重构控制器、计算单元MUX以及计算单元。其中，数据接口与重构控制器连接，被设置作为计算时源数据的输入以及计算结果的输出通道；指令接口与重构控制器连接，被设置为作为复杂函数选择的配置通道；重构控制器与数据接口、指令接口以及计算单元MUX连接，被设置实现对可重构计算引擎的数据流控制、数据的前后处理以及函数功能的重构；计算单元MUX与重构控制器和计算单元连接，被设置实现对计算单元中CORDIC算子的选择；计算单元与计算单元MUX连接，被设置为对复杂函数提供计算支持。
[0007]在第一方面的一些可实现方式中，为满足不同函数的需求，通过所述数据接口进行信号交互的信号进一步包括：in_1输入信号、in_2输入信号、cal_req输入信号、res_1输出信号、res_2输出信号、finish输出信号；call_type信号通过所述指令接口，配置函数计算的类型；所述重构控制器进一步包括运算控制状态机FSM和数据处理模块；所述计算单元MUX进一步包括cu_mux1模块、cu_mux2模块、cu_mux3模块、cu_mux4模块、cu_mux5模块和cu_mux6模块；所述计算单元进一步包括CR1、CV1、LR1、LV1、HR1、HV1、GHR1、GHV1、LV2和HV2共10个CORDIC基本算子。
[0008]具体的，通过所述数据接口的in_1输入信号作为单变量函数的输入，in_2输入信号作为双变量函数的补充输入，cal_req输入信号作为计算的请求信号；res_1输出信号作为单输出函数的结果输出，res_2输出信号作为双输出函数的补充结果输出，finish输出信号作为计算完成信号。通过指令接口的call_type信号，可以配置29种函数的类型，用于供重构控制器解析，配置简单的同时，还易于控制。
[0009]进一步的，运算控制状态机FSM，通过解析指令接口传来的call_type信号，根据复杂函数的数学结构，重构相应的控制流，通过不超过6级流水计算，控制整个流水计算过程。
[0010]所述重构控制器下的数据处理模块，在所述运算控制状态机FSM的控制下完成对每一级流水计算数据的前处理以及后处理。
[0011]在第一方面的一些可实现方式中，计算单元MUX下的6个cu_mux模块，对应于6级流水计算的不同阶段，在运算控制状态机FSM的控制下选择计算单元中的CORDIC算子。
[0012]计算单元下的CORDIC算子，包含6种类型，分别为圆坐标系下旋转模式的CORDIC算子CR、圆坐标系下向量模式的算子CV、线性坐标系下旋转模式的算子LR、线性坐标系下向量模式的算子LV、双曲坐标系下以e为底旋转模式的算子HR、双曲坐标系下以e为底向量模式的算子HV、双曲坐标系下以2为底旋转模式的算子GHR、双曲坐标系下以2为底向量模式的算子GHV。
[0013]其中，CORDIC算子，通过移位、加法以及查找表运算，并结合迭代过程，通过硬件实现函数计算过程。CORDIC算子的迭代过程，采用流水线工作，即每一次迭代过程都有具体的硬件实现，保证了可重构引擎的流水工作流程。
[0014]有益效果：本专利技术提出了一种基于CORDIC的可重构计算引擎，相比于现有技术，本专利技术通过分析复杂函数的数学特征及表达式转换，并利用各种CORDIC算子的特性，将29种复杂数学函数高效映射到10个CORDIC算子上。其中涉及到的重构控制器通过指令接口接受配置指令，为不同的复杂函数重构特定的数据通路，并控制数据的流水化计算，最终输出相应复杂函数计算的结果。因此，本专利技术所提出的基于CORDIC的可重构计算引擎具有硬件资源利用率高、配置简易灵活、主频高、面积小及功耗低等优点。
附图说明
[0015]图1为本专利技术中基于CORDIC的可重构计算引擎的架构图。
[0016]图2是本专利技术中计算单元MUX的详细结构图。
[0017]图3是本专利技术中计算单元里HV的结构图。
具体实施方式
[0018]在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0019]申请人认为现有的一些基于CORDIC的复杂函数的硬件实现大多着眼于单个函数的实现，其实际应用价值有限，因此当一些场合需要使用多种函数时，需要集成多个IP，使得其硬件资源利用率较低，同时也增加了硬件之间交互的复杂程度。
[0020]在本申请中，我们提出了一种基于CORDIC的可重构计算引擎，通过分析复杂函数的数学特征及表达式转换，并利用各种CORDIC算子的特性，将29种复杂数学函数高效映射到10个CORDIC算子上。其中涉及到的重构控制器通过指令接口接受配置指令，为不同的复杂函数重构特定的数据通路，并控制数据的流水化计算，最终输出相应复杂函数计算的结果，进一步达到硬件资源利用率高、配置简易灵活、主频高、面积小及功耗低等目标。
[0021]实施例一本实施例提出一种基于CORDIC的可重构计算引擎，通过分析复杂函数的数学特征及表达式转换，并利用各种CORDIC算子的特性，将29种复杂数学函数高效映射到10个CORDIC算子上，从而提高了硬件资源的利用率，降低了硬件之间交互的复杂度。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于CORDIC的可重构计算引擎，其特征在于，具体包括：数据接口、指令接口、重构控制器、计算单元MUX以及计算单元；所述数据接口与重构控制器连接，被设置作为计算时源数据的输入以及计算结果的输出通道；所述指令接口与重构控制器连接，被设置为作为复杂函数选择的配置通道；所述重构控制器与数据接口、指令接口以及计算单元MUX连接，被设置实现对可重构计算引擎的数据流控制、数据的前后处理以及函数功能的重构；所述计算单元MUX与重构控制器和计算单元连接，被设置实现对计算单元中CORDIC算子的选择；所述计算单元与计算单元MUX连接，被设置为对复杂函数提供计算支持。2.根据权利要求1所述的一种基于CORDIC的可重构计算引擎，其特征在于，为满足不同函数的需求，通过所述数据接口进行信号交互的信号进一步包括：in_1输入信号、in_2输入信号、cal_req输入信号、res_1输出信号、res_2输出信号、finish输出信号；call_type信号通过所述指令接口，配置函数计算的类型；所述重构控制器进一步包括运算控制状态机FSM和数据处理模块；所述计算单元MUX进一步包括cu_mux1模块、cu_mux2模块、cu_mux3模块、cu_mux4模块、cu_mux5模块和cu_mux6模块；所述计算单元进一步包括CR1、CV1、LR1、LV1、HR1、HV1、GHR1、GHV1、LV2和HV2共10个CORDIC基本算子。3.根据权利要求2所述的一种基于CORDIC的可重构计算引擎，其特征在于，通过所述数据接口的in_1输入信号作为单变量函数的输入，in_2输入信号作为双变量函数的补充输入，cal_req输入信号作为计算的请求信号；res_1输出信号作为单输出函数的结果输出，res_2输出信号作为双输出函数的补充结果输出，finish输出信号作...
【专利技术属性】
技术研发人员：傅玉祥，蒋林，李丽，徐瑾，陈辉，李伟，何书专，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。