基于CORDIC的可重构处理单元结构研究与设计

论文摘要

在以3G移动通信、数字视音频等为代表的新一代应用中,对电子计算设备的速度和性能指标,以及成本和灵活性等方面的需求急剧膨胀。传统的以通用DSP处理器为核心的软件计算方式,或者以ASIC为代表的硬件执行方式均无法同时满足上述要求。通用DSP的软件串行处理方式虽然具有很强的适应性,却严重限制了性能的提升。另一方面,ASIC可以达到很高的性能,但是开发成本极高,应用面窄。通用性与计算性能之间的矛盾日显尖锐,迫切需要一种革命性的计算技术。可重构计算正是一种非常符合上述需求的计算方式。可重构计算将通用DSP与ASIC的优点结合在一起,既具有ASIC的高性能和高可靠性,又具有通用DSP处理器的较高的灵活性和可编程功能,能够兼顾实际应用中诸多方面的需求,将成为一种主流的计算模式。本文在对可重构计算技术、数字信号处理技术研究的基础上,深入分析了数字信号处理领域中一些典型算法的运算结构及功能,总结出适用于不同算法的硬件结构特征。基于卷积类型的DSP算法适用于MAC结构的DSP处理器实现,而基于旋转结构的DSP算法,可以引入CORDIC算法以移位加的方式来实现。在对基于旋转结构的DSP算法的研究过程中,总结出这类算法结构中的共同部分,并在此基础上设计一种统一的可重构计算模块,以及连接这些模块的可重构互联网络,完成了以流水线CORDIC为核心的可重构处理单元的结构设计,最终实现了在同一结构中映射不同算法的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 可重构计算与DSP概述
• 1.2.1 可重构计算基本概念
• 1.2.2 可重构计算的硬件结构
• 1.2.3 可重构处理单元的粒度
• 1.2.4 DSP概述
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 论文研究内容
• 1.5 论文结构
• 第2章 数字信号处理算法分析
• 2.1 引言
• 2.2 矩阵运算
• 2.3 卷积类算法
• 2.3.1 卷积
• 2.3.2 相关运算
• 2.4 数字滤波器的基本结构
• 2.4.1 数字滤波器算法的表示
• 2.4.2 FIR的基本原理
• 2.4.3 FIR的格型结构
• 2.4.4 IIR的基本原理
• 2.4.5 IIR的格型结构
• 2.5 离散变换
• 2.5.1 离散傅立叶变换
• 2.5.2 离散哈特莱变换
• 2.5.3 统一参数的离散变换
• 2.6 比较分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 基于CORDIC的可重构处理单元设计
• 3.1 可重构处理单元设计讨论
• 3.1.1 可重构技术在DSP领域的应用
• 3.1.2 可重构处理单元的选择
• 3.2 CORDIC算法
• 3.2.1 圆周系统
• 3.2.2 双曲系统
• 3.2.3 线性系统
• 3.2.4 统一CORDIC算法
• 3.3 基于CORDIC的算法结构模型
• 3.3.1 FIR格型结构
• 3.3.2 IIR格型结构
• 3.3.3 离散变换结构
• 3.3.4 统一的可重构模块设计
• 3.4 可重构处理单元工作模式
• 3.4.1 FIR模式
• 3.4.2 IIR模式
• 3.4.3 离散变换模式
• 3.5 可重构处理单元工作流程
• 3.6 本章小结
• 第4章 CORDIC处理器的设计与实现
• 4.1 开发平台简介
• 4.2 CORDIC处理器系统结构
• 4.2.1 CORDIC内核的结构
• 4.2.2 前处理单元和后处理单元
• 4.3 CORDIC处理器功能模块
• 4.3.1 正余弦函数模块
• 4.3.2 正余弦模块仿真与综合结果
• 4.4 基于FPGA的DSP设计流程
• 4.4.1 基于FPGA的DSP设计方法简介
• 4.4.2 幅值计算模块
• 4.4.3 幅值计算模块综合结果
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢