專利名稱：超越函數裝置以及用該裝置實現(xiàn)超越函數的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超越函數裝置。還涉及用這種超越函數裝置實現(xiàn)超越函數的方法。
背景技術：
文獻l"專利號為US20060200510的美國專稱，公開了一種CORDIC角度處理裝置，該裝 置中存在一個縮放單元，在CORDIC變換之前，該裝置先對輸入的數據做左移變換，處理結 束，再采用相反的變換過程。該裝置通過左移操作減少處理中的舍入誤差，可以提高CORDIC 角度的處理精度。但是CORDIC變換中由于定點數據表示引起的誤差非常大，該改進措施獲 得的精度提高比較有限。 '
文獻2"專利號為US20060233284的美國專利"公開了一種CORDIC旋轉裝置，該裝置采 用定點CORDIC變換實現(xiàn)角度旋轉，在CORDIC的迭代過程中，采用了隨機進位。該裝置為 了提高處理的精度，將傳統(tǒng)的就近舍入改進為隨機舍入。但是，隨機舍入在極端情況下的誤 差非常大，影響系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。
文獻3"專利號為US20030097388的美國專利"公開了一種向量旋轉CORDIC裝置，該裝 置采用兩個單精度數的和，該單精度數的指數是以2為底的有符號數。通過采取和的形式， 可以減少角度處理的誤差。但是，在以浮點數為處理對象的CORDIC裝置中，該結構并不能 減少浮點處理的延遲。
參照圖5及圖6，公知的超越函數裝置包括預處理單元，處理單元及后處理單元。在浮點 CORDIC裝置中，處理單元包含指數部分和尾數部分，由于采用了浮點結構，處理精度高， 但是每次迭代需要進行指數對階、尾數相加、浮點數的規(guī)格化及舍入，電路延遲大，而且實 現(xiàn)復雜。在定點CORDIC裝置中，處理單元由整數結構組成，處理所需的硬件代價及延遲都 非常小，但是造成的舍入誤差比較大。因此，在超越函數裝置中，浮點CORDIC裝置及定點 CORDIC裝置都存在缺陷需要克服。

發(fā)明內容
為了克服浮點CORDIC結構電路延遲大、定點CORDIC結構處理精度低的不足，本發(fā)明 提供一種超越函數裝置，采用高精度、順序迭代的HPORCORDIC硬件結構生成超越函數， 該硬件結構將處理中產生的中間變量的指數變化映射到迭代次數上，消除了浮點超越函數裝 置的指數操作，同時不會引入不必要的舍入誤差。該HPOR CORDIC超越函數裝置同時具備 低延遲、低硬件代價、高處理精度的特點。
本發(fā)明還提供利用這種超越函數硬件裝置實現(xiàn)超越函數的方法。首先對輸入值進行預處理，將輸入值轉化到一定范圍。生成預處理后輸入值的指數值，將輸入值的指數值、尾數值 作為輸入量輸入到HPOR CORDIC單元，HPORCORDIC經過初始化后開始工作，最后再將 處理結果進行規(guī)格化，并轉換為浮點數輸出。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案 一種超越函數裝置，包括預處理單元、處理 單元和后處理單元，其特點是所述處理單元由計數寄存器l、計數寄存器2、 X寄存器及其 處理通路、Y寄存器及其處理通路、Z寄存器及其處理通路、控制狀態(tài)機組成，向X寄存器、 Y寄存器以及Z寄存器輸入初始值，控制狀態(tài)機發(fā)出處理命令，X寄存器處理通路、Y寄存 器處理通路及Z寄存器處理通路在每個時鐘周期分別對其對應的寄存器數值進行處理，將處 理結果再次保存到對應的寄存器中，每處理一次，計數寄存器l加l，計數寄存器2加1，計 數寄存器1及計數寄存器2的值等于預設值時，控制狀態(tài)機發(fā)出停止命令，X寄存器及Y寄 存器輸出處理結果。
一種利用上述超越函數裝置實現(xiàn)超越函數的方法，其特點是包括以下步驟-
(a) 輸入值預處理，實現(xiàn)三角函數時，將輸入值換算到[-;r/4，;r/4]，實現(xiàn)雙曲函數時，
將輸入值換算到卜1/2，1/21
(b) 處理預處理后的輸入值的指數，并分別在尾數最高位及最低位擴展三位；
(c) 將輸入值的指數值作為計數器初值，輸入值的尾數作為Z寄存器初值，根據指令對 X寄存器，Y寄存器賦初值；
(d) 處理單元工作；
處理中，僅對尾數部分進行處理，指數部分不參與處理；
(e) 根據計數器值生成處理結果的指數部分，根據X寄存器，Y寄存器的值生成尾數部 分，并對處理結果做規(guī)格化，返回步驟(a)。
本發(fā)明的有益效果是由于采用HPORCORDIC裝置，將處理中產生的中間值的指數與 計數器的變化建立一一對應關系，計數寄存器2的變化代表了指數的變化，因此在處理中 僅有尾數部分參與處理，消除了浮點CORDIC中的指數處理及尾數對階，該裝置同時克服 了浮點CORDIC裝置處理延遲大、定點CORDIC裝置處理精度差的缺點，而且硬件實現(xiàn)代 價非常小。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細說明。


圖1是本發(fā)明超越函數裝置的結構框圖。 圖2是圖1中預處理單元的詳圖。 圖3是圖1中處理單元的詳圖。
4圖4是圖1中后處理單元的詳圖。 圖5是公知的浮點超越函數裝置的結構框圖。 圖6是公知的定點超越函數裝置的結構框圖。
具體實施例方式
參照圖1 4，本發(fā)明在構造上采用了 HPOR CORDIC結構的超越函數裝置。整個裝置由 預處理單元、處理單元及后處理單元三大部分組成。預處理單元用于對超越函數的輸入值進 行變換，處理單元負責實施具體的處理，后處理單元對處理單元的輸出結果做規(guī)格化處理。 預處理單元接收處理器發(fā)出的處理指令及浮點源操作數，預處理單元的選擇器及除法器可根 據處理器指令的不同對源操作數做規(guī)格化處理如果處理器指令為雙曲函數，將源操作數規(guī) 格化到[-1/2， 1/2]內，如果處理器指令為三角函數，將源操作數規(guī)格化到[-;r/4,;r/4]。預處
理單元將規(guī)格化后的源操作數分解為符號位S、指數位及尾數位，處理規(guī)格化后源操作數的 指數E，并將該源操作數的尾數由64位擴展為70bit數Man，預處理單元將處理后的S、 E、 Man輸出到處理單元。處理單元將S及Man組合并保存到Z寄存器中，將E保存到計數器2 中，同時根據指令對計數寄存器1、 X寄存器、Y寄存器做初始化。初始化完成后，在狀態(tài) 機的控制下，處理單元開始工作，總共迭代64次，處理中所需的參數保存在ROM中，由狀 態(tài)機控制存取。處理完成后輸出處理結果X、 Y及ES。后處理單元根據ES、 X、 Y生成中間 結果，對中間結果進行規(guī)格化及舍入處理并輸出。
整個電路的信息流向為處理器發(fā)出超越函數指令及源操作數，預處理模塊接收處理器 指令及源操作數，根據處理器指令將源操作數規(guī)格化到設定的數據域，并將源操作數分解為 S、 Man及E，這三個數作為處理單元的輸入保存在Z寄存器、計數寄存器2中。處理單元經 初始化、64次迭代后輸出處理結果X、 Y及ES，后處理單元接收這三個數及符號位，將其組 合成浮點數，最后做規(guī)格化、舍入操作并輸出。
超越函數裝置實現(xiàn)超越函數的方法具體如下
(1) 預處理單元接收處理器的超越函數指令及80位IEEE754浮點格式的源操作數。
(2) 預處理單元根據處理器指令對源操作數做規(guī)格化處理如果處理器指令為三角函數， 將源操作數換算到[-;r/4，;r/4]，如果處理器指令為雙曲函數，將源操作數換算到[-1/2,1/2]。
(3) 預處理單元對規(guī)格化的源操作數按照符號位S、指數位、尾數位做分解，處理預處 理后源操作數的指數E，并分別在尾數Man最高位及最低位擴展三位。
(4) 處理單元初始化處理單元接收S、 E、 Man，分別將S及Man保存在Z寄存器及 計數寄存器2中，置計數寄存器1為0，從ROM中輸出初值到X寄存器，置Y寄存器為0。
(5) 處理單元開始工作，處理中只有尾數參與處理，指數位不參與處理，每個時鐘周期迭代一次，總共迭代64個時鐘周期。
(6) 后處理單元接收處理單元處理結果X、 Y及ES，并根據符號位S組成浮點數。
(7) 后處理單元對浮點格式的處理結果做規(guī)格化及舍入處理。
(8) 輸出處理結果，返回到步驟(1)。
從執(zhí)行流程上可以看出，該裝置有以下幾個特點首先，在預處理單元中對浮點源操作 數進行分解，將源操作數分解為符號位、指數位及尾數位，符號位及指數位不參與處理過程， 僅作為計數器的初值，在處理單元的迭代過程中，X寄存器、Y寄存器及Z寄存器的移位操 作、加法操作僅有浮點數的尾數參與處理，消除了浮點CORDIC裝置的指數對階及尾數規(guī)格 化操作，減少了電路延遲，同時不損失電路的處理精度。
權利要求
1、一種超越函數裝置，包括預處理單元、處理單元和后處理單元，其特征在于所述處理單元由計數寄存器1、計數寄存器2、X寄存器及其處理通路、Y寄存器及其處理通路、Z寄存器及其處理通路、控制狀態(tài)機組成，向X寄存器、Y寄存器以及Z寄存器輸入初始值，控制狀態(tài)機發(fā)出處理命令，X寄存器處理通路、Y寄存器處理通路及Z寄存器處理通路在每個時鐘周期分別對其對應的寄存器數值進行處理，將處理結果再次保存到對應的寄存器中，每處理一次，計數寄存器1加1，計數寄存器2加1，計數寄存器1及計數寄存器2的值等于預設值時，控制狀態(tài)機發(fā)出停止命令，X寄存器及Y寄存器輸出處理結果。
2、一種利用權利要求1所述超越函數裝置實現(xiàn)超越函數的方法，其特點是包括以下步驟(a) 輸入值預處理，實現(xiàn)三角函數時，將輸入值換算到[-;r/4，;r/4]，實現(xiàn)雙曲函數時，將輸入值換算到[—1/2，1/2、(b) 處理預處理后的輸入值的指數，并分別在尾數最高位及最低位擴展三位；(c) 將輸入值的指數值作為計數器初值，輸入值的尾數作為Z寄存器初值，根據指令對X寄存器，Y寄存器賦初值；(d) 處理單元工作；處理中，僅對尾數部分進行處理，指數部分不參與處理；(e) 根據計數器值生成處理結果的指數部分，根據X寄存器，Y寄存器的值生成尾數部分，并對處理結果做規(guī)格化，返回步驟(a)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超越函數裝置以及用該裝置實現(xiàn)超越函數的方法，裝置包括預處理單元、處理單元和后處理單元，其特點是所述處理單元由計數寄存器1、計數寄存器2、X寄存器及其處理通路、Y寄存器及其處理通路、Z寄存器及其處理通路、控制狀態(tài)機組成。由于采用HPOR CORDIC裝置，將處理中產生的中間值的指數與計數器的變化建立一一對應關系，計數寄存器2的變化代表了指數的變化，因此在處理中僅有尾數部分參與處理，消除了浮點CORDIC中的指數操作及尾數對階，該裝置同時克服了浮點CORDIC裝置電路延遲大、定點CORDIC裝置處理精度差的缺點，而且硬件實現(xiàn)代價非常小。
文檔編號G06F7/544GK101630243SQ20091002358
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月14日 優(yōu)先權日2009年8月14日
發(fā)明者萌 張, 張盛兵, 樊曉椏, 王黨輝, 田杭沛, 然 鄭, 高德遠, 魏廷存, 黃小平 申請人:西北工業(yè)大學