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使用verilog 实现 cordic 算法 ----- 旋转模式

news 来源：原创 2025/9/21 20:15:51

1-设计流程

● 了解cordic 算法原理，公式，模式，伸缩因子，旋转方向等，推荐以下链接视频了解 cordic 算法。哔哩哔哩-cordic算法原理讲解
● 用matlab 或者 c 实现一遍算法
● 在FPGA中用 verilog 实现，注意使用有符号变量以及小数点定点化处理

备注：
在verilog 需要用 ram 存储的值：列举了13次迭代的tan值和对应角度；
在这里插入图片描述

2-RTL

分享自己写的一个cordic rtl ：

2-1 测试代码 ,测试 一二三四象限内角度的sin cos 值。

module test_my_cordic(input i_clk,input i_rst);reg signed	[31:0]	r_angle;
reg					r_valid ;wire				w_ready;
wire signed	[31:0]	r_x = 39796;
wire signed	[31:0]	r_y = 0;(*dont_touch = "true"*)
my_cordic inst_my_cordic
(.i_clk             (i_clk),.i_rst             (i_rst),.i_iteration_count (16), //设置迭代次数 ，最大16次.i_setx            (r_x),.i_sety            (r_y),.i_set_angle       (r_angle),.i_valid           (r_valid),.o_sin             (),.o_cos             (),.o_valid           (),.o_ready           (w_ready)
);/*  测试 第四象限  0 ~ -90°
always @ (posedge i_clk or posedge i_rst) 
beginif (i_rst) beginr_angle <= 0;end else if (r_angle == -5898240 && w_ready) beginr_angle <= 0;	end else if (w_ready && r_valid) beginr_angle <= r_angle - 655360;	end else beginr_angle <= r_angle;			end
end
*/// 测试 第一象限 0 ~ 90°
always @ (posedge i_clk or posedge i_rst) 
beginif (i_rst) beginr_angle <= 0;end else if (r_angle == 5898240 && w_ready) beginr_angle <= 0;	end else if (w_ready && r_valid) beginr_angle <= r_angle + 655360;	end else beginr_angle <= r_angle;			end
end/* //测试 第三象限 -180 ~ -90°
always @ (posedge i_clk or posedge i_rst) 
beginif (i_rst) beginr_angle <= -11796480;end else if (r_angle == -5898240 && w_ready) beginr_angle <= -11796480;	end else if (w_ready && r_valid) beginr_angle <= r_angle + 655360;	end else beginr_angle <= r_angle;			end
end
*//*// 测试 第二象限 90° ~ 180 °
always @ (posedge i_clk or posedge i_rst) 
beginif (i_rst) beginr_angle <= 5898240;end else if (r_angle == 11796480 && w_ready) beginr_angle <= 0;	end else if (w_ready && r_valid) beginr_angle <= r_angle + 655360;	end else beginr_angle <= r_angle;			end
end
*/always @ (posedge i_clk or posedge i_rst) 
beginif (i_rst) r_valid <= 0;else if (w_ready && r_valid)r_valid <= 0;else if  (w_ready)r_valid <= 1;			else r_valid <= 0;	
endendmodule

2-2 核心代码：

//运算公式：
//x(i+1) = x(i) - y(i) * di * 2^(-i)
//y(i+1) = y(i) + x(i) * di * 2^(-i)
//z(i+1) = z(i) - arctan(di * 2^(-i))
//author ： 技术小白爱FPGA
//备注：cordic 算法，旋转模式，迭代次数固定 16次，可以自己任意设置，最大16次module my_cordic (input                    i_clk                   ,input                    i_rst                   ,input [4:0]              i_iteration_count       ,input  signed [31:0]     i_setx                  ,input  signed [31:0]     i_sety                  ,input  signed [31:0]     i_set_angle             ,input                    i_valid                 ,output   signed [31:0]   o_sin                   ,output   signed [31:0]   o_cos                   ,output                   o_valid                 ,output                   o_ready    );wire signed	[31:0]	r_arctan [0:15];
wire				r_di ;reg signed	[31:0]	r_sin;
reg signed	[31:0]	r_cos;
reg signed	[31:0]	r_setx ;
reg signed	[31:0]	r_sety ;
reg signed	[31:0]	r_angle ;
reg	[4:0]			r_count;
reg					r_run_cal;
reg					ro_valid ;
reg					ro_ready ;
reg	[1:0]			r_site;assign o_sin   = r_sin;
assign o_cos   = r_cos;
assign o_ready = ro_ready;
assign o_valid = ro_valid;//存储 arctan 值，整体表示-----扩大2^16倍数，相当于将小数点定在16bit位置上
assign	r_arctan[0] = 2949120;
assign	r_arctan[1] = 1740967;
assign	r_arctan[2] = 919879;
assign	r_arctan[3] = 466945;
assign	r_arctan[4] = 234378;
assign	r_arctan[5] = 117303;
assign	r_arctan[6] = 58666;
assign	r_arctan[7] = 29334;
assign	r_arctan[8] = 14667;
assign	r_arctan[9] = 7333;
assign	r_arctan[10]= 3666;
assign	r_arctan[11]= 1833;
assign	r_arctan[12]= 916;
assign	r_arctan[13]= 458;
assign	r_arctan[14]= 229;
assign	r_arctan[15]= 114;//判断旋转的方向
assign r_di = (r_angle > 0 && r_run_cal)?1:0;//运算迭代  >>>  --- > 算数右移，不改变符号位； 如果使用 >> ,移位，高位补0；
always @ (posedge i_clk) 
beginif (i_valid) beginr_setx <= i_setx;r_sety <= i_sety;endelse if (r_run_cal && r_di ) beginr_setx <= r_setx - (r_sety >>> r_count);r_sety <= r_sety + (r_setx >>> r_count);		end else if (r_run_cal && !r_di) beginr_setx <= r_setx + (r_sety >>> r_count);r_sety <= r_sety - (r_setx >>> r_count);	end
end//旋转角度的迭代,输入角度的象限处理
always @ (posedge i_clk ) 
begin// 处理 一四象限 -90° ~ 90°if (i_valid && (i_set_angle >= -5898240 && i_set_angle <= 5898240 ) ) beginr_angle <= i_set_angle;r_site  <= 2'b00;// 处理 二象限 90° ~ 180°end else if (i_valid && (i_set_angle > 5898240 && i_set_angle <= 11796480 )) beginr_angle <= 11796480 - i_set_angle;r_site  <= 2'b10;// 处理 三象限 -180° ~ -90°end else if (i_valid && (i_set_angle >= -11796480 && i_set_angle < -5898240 )) beginr_angle <= -11796480 - i_set_angle ;r_site  <= 2'b11;end else if (r_di && r_run_cal) beginr_angle <= r_angle - r_arctan[r_count];		endelse if (!r_di && r_run_cal) beginr_angle <= r_angle + r_arctan[r_count];		end else beginr_angle <= r_angle;r_site  <= r_site ;end
end//迭代运算次数
always @ (posedge i_clk or posedge i_rst) 
beginif (i_rst) beginr_count <= 0;end else if (r_count == i_iteration_count -1) beginr_count <= 0;endelse if (r_run_cal) beginr_count <= r_count + 1;end
end//迭代运算标志
always @ (posedge i_clk or posedge i_rst) 
beginif (i_rst) beginr_run_cal <= 0;endelse if (r_count == i_iteration_count -1) beginr_run_cal <= 0;	endelse if(i_valid) beginr_run_cal <= 1;		endelse beginr_run_cal <= r_run_cal;	end
end//最终输出的 sin cos 值
always @ (posedge i_clk or posedge i_rst) 
beginif (i_rst) beginr_sin <= 0;r_cos <= 0;endelse if (r_site == 2'b00 && r_count == i_iteration_count -1) beginr_sin <= r_sety;r_cos <= r_setx;		end else if (r_site == 2'b10 && r_count == i_iteration_count -1) beginr_sin <= r_sety;r_cos <= -r_setx;	end else if (r_site == 2'b11 && r_count == i_iteration_count -1) beginr_sin <= r_sety;r_cos <= -r_setx;	end
endalways @ (posedge i_clk or posedge i_rst) 
beginif (i_rst) beginro_ready <= 1;endelse if (i_valid || r_run_cal) beginro_ready <= 0;		end else beginro_ready <= 1;end
end//最终输出的 sin cos valid 信号
always @ (posedge i_clk or posedge i_rst) 
beginif (i_rst) ro_valid <= 0;else if (r_count == i_iteration_count -1)ro_valid <= 1;		else ro_valid <= 0;	
endendmodule

2-3 tb仿真代码

module tb_cordic();reg i_clk;
reg i_rst;initial begin i_clk = 0;i_rst = 1;#100@(posedge i_clk)i_rst =0;
endalways #10 i_clk = ~i_clk;test_my_cordic inst_test_my_cordic (.i_clk(i_clk), .i_rst(i_rst));endmodule

3-仿真

a. 首先 有符号的信号需要设置 小数点位数，如下图所示：
在这里插入图片描述
b. 以第一象限为例子：0 ~ 90°
在这里插入图片描述
c. 运算处理 持续周期 就是 迭代次数：
在这里插入图片描述

d. 可借助 计算机科学模式验证结果：
在这里插入图片描述

4-可优化空间

● r_ange逻辑级数；
● 360°以内，高于180°和小于-180°处理
● 迭代运算拆成流水线形式；
● 加上向量模式
● 整体其它逻辑的优化

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编程日记 2025/9/20 12:22:52

实现pytorch注意力机制-one demo

主要组成部分&#xff1a; 1. 定义注意力层&#xff1a; 定义一个Attention_Layer类&#xff0c;接受两个参数&#xff1a;hidden_dim&#xff08;隐藏层维度&#xff09;和is_bi_rnn&#xff08;是否是双向RNN&#xff09;。 2. 定义前向传播&#xff1a; 定义了注意力层的…...

编程日记 2025/9/13 15:01:20

使用循环队列来接收串口信息--以stm32f103为例

一、引言 在stm32中&#xff0c;一般采用的是通过数组来接收串口信息&#xff0c;但是由于受到数组大小的限制&#xff0c;易出现数据覆盖或者数据溢出问题。针对上述问题&#xff0c;采用循环队列的方式来接收串口信息&#xff0c;循环队列可以动态管理缓冲区并且当队列满时&a…...

编程日记 2025/9/19 22:57:23

代码随想录D50-51 图论 Python

理论基础 理论基础部分依然沿用代码随想录教程中的介绍&#xff1a; 图的种类 度 连通性 连通性用于表示图中节点的连通情况。 如果有节点不能到达其他节点&#xff0c;则为非连通图&#xff0c;想象将多个水分子表示为图&#xff0c;不考虑非键作用&#xff0c;这张图就不是…...

编程日记 2025/9/21 20:13:57

大幂计算和大阶乘计算【C语言】

大幂计算&#xff1a; #include<stdio.h> long long int c[1000000]{0}; int main() {long long a,b,x1;c[0]1;printf("请输入底数&#xff1a;");scanf("%lld",&a);printf("请输入指数&#xff1a;");scanf("%lld",&b…...

编程日记 2025/9/21 13:02:05

段错误 (核心已转储)

struct Addressbooks {struct Person personArray[MAX];int m_Size; // 当前已用大小 };void addPerson(Addressbooks *abs) {// 开始添加操作string name;cout << "输入姓名&#xff1a;";cin >> name;// 下面这句话执行后就报&#xff1a;段错误 (核心…...

编程日记 2025/9/18 19:11:42

Leetcode 227-基本计算器 II

题解 本题不包含括号&#xff0c;比较简单 双栈法&#xff08;运算符栈数字栈&#xff09; 对于「任何表达式」而言&#xff0c;可以都使用两个栈 nums 和 ops&#xff08;本题只用到了nums&#xff09;&#xff1a; nums &#xff1a; 存放所有的数字 ops &#xff1a;存放…...

编程日记 2025/9/15 21:53:26

springcloudalibaba组件gateway

Spring Cloud Alibaba 组件中的 Gateway 是一个基于 Spring Cloud Gateway 实现的 API 网关&#xff0c;它专为微服务架构提供简单且有效的 API 路由管理方式。以下是对 Spring Cloud Alibaba Gateway 的详细介绍&#xff1a; 一、基本概念 API 网关&#xff1a;作为系统的统…...

编程日记 2025/9/19 14:03:01

MongoDB副本集

副本集架构 对于mongodb来说&#xff0c;数据库高可用是通过副本集架构实现的&#xff0c;一个副本集由一个主节点和若干个从节点所组成。 客户端通过数据库主节点写入数据后&#xff0c;由从节点进行复制同步&#xff0c;这样所有从节点都会拥有这些业务数据的副本&#xff0…...

编程日记 2025/9/19 10:27:50

LeetCode-680. 验证回文串 II

1、题目描述&#xff1a; 给你一个字符串 s&#xff0c;最多 可以从中删除一个字符。 请你判断 s 是否能成为回文字符串&#xff1a;如果能&#xff0c;返回 true &#xff1b;否则&#xff0c;返回 false 。 示例 1&#xff1a; 输入&#xff1a;s "aba" 输出&a…...

编程日记 2025/9/21 13:00:43

国产编辑器EverEdit - “切换文件类型”的使用场景

1 “切换文件类型”的使用场景 1.1 应用背景 一般的编辑器都是通过扩展名映射到对应的语法高亮规则的&#xff0c;比如&#xff1a;文件test.xml中的扩展名“xml"对应XML的语法高亮&#xff0c;在编辑器中打开test.xml就会给不同标识符显示不同的颜色。 但有时一些应用程…...

编程日记 2025/9/13 18:25:54

AIP-146 泛化域

编号146原文链接AIP-146: Generic fields状态批准创建日期2019-05-28更新日期2019-05-28 API中的大多数域&#xff0c;无论是在请求、资源还是自定义应答中&#xff0c;都有具体的类型或模式。这个模式是约定的一部分&#xff0c;开发者依此约定进行编码。 然而&#xff0c;偶…...

编程日记 2025/9/21 15:12:18

C++11 thread

文章目录 C11 线程库线程对象的构造方式无参的构造函数调用带参的构造函数调用移动构造函数thread常用成员函数 this_thread命名空间join && detachmutex C11 线程库 线程对象的构造方式 无参的构造函数 1、调用无参的构造函数,调用无参的构造函数创建出来的线程对象…...

编程日记 2025/9/19 12:29:19

重生之我在异世界学编程之C语言：深入预处理篇（上）

大家好&#xff0c;这里是小编的博客频道 小编的博客&#xff1a;就爱学编程 很高兴在CSDN这个大家庭与大家相识&#xff0c;希望能在这里与大家共同进步&#xff0c;共同收获更好的自己&#xff01;&#xff01;&#xff01; 本文目录 引言正文一、预处理的作用与流程&#xf…...

编程日记 2025/9/18 13:20:58

Java并发编程5--Java内存模型的基础

1.并发编程模型的两个关键问题 在并发编程中&#xff0c;需要处理两个关键问题&#xff1a;线程之间如何通信及线程之间如何同步&#xff08;这里的线程是指并发执行的活动实体&#xff09;。 通信是指线程之间以何种机制来交换信息。 在命令式编程中&#xff0c;线程之间的通…...

编程日记 2025/9/20 20:19:13