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1、FPGA 实验二：CORDIC 算法实验报告学院： 信息与通信工程学院 班级：000000000 姓名: 学号: 一、实验目的：（1）掌握 FPGA 设计中的流水线技术；（2）掌握 Cordic 算法的基本原理及其实现方法；（3）了解通过在片内生成 ROM 的方式进行在板模块测试的方法。二、实验内容：按实验指导书所给出的步骤，在 FPGA 上实现 Cordic 算法用于计算 sin(x)(6 次迭代)。三、程序基本信息：CORDIC 算法计算 sin(x)（6 次迭代）：以下介绍程序中的输入输出参数和临时变量，在这里首先要说明一点，本程序主要进行的是二进制位运算，因此所有角度和函数值也都是采用
2、二进制表示，具体描述如下：角度值：均采用 8 位二进制数表示，也就是 00000000-11111111（十进制0-255） ，对应角度值中的 0-2，因此 10000000 对应 （180） ，01000000对应 /2（90） ，依此类推。每一最低位表示 360/256。函数值：程序中输出的三角函数值同样采用 8 位二进制数表示，但三角函数有正有负，因此实际采用的是 8 位补码，第一位是符号位（0 为正，1 为负） ，后面 7 位为数据位，即 00000000-01111111（0-127）对应 0-+1，而 10000000-11111111（128-255）对应-1 到-1/256，每
3、一最低位表示 1/256。输入及输出参数：clk：时钟信号；rst：重置信号；ena： 启动信号，该信号置 1 时系统开始运算过程；phase_in（8 位二进制数）：输入的角度值；sin_out（8 位二进制数）：输出的 sin 函数值函数变量（仅在运行中调用）：cos_out（8 位二进制数）：计算得到的 cos 函数值，与 sin_out 同时产生但不输出；phase_in_reg（8 位二进制数）：程序中实际参与运算的角度值，下面会进行说明；x0-x6、y0-y6、z0-z6（均为 8 位二进制数）：在迭代算法中使用的临时参数，x 和 y 参数存储三角函数值，z 存储角度值。x0、y0
4、、z0 存储初值，其它参数存储 6 次迭代的临时值。quadrant（8 个 1 位存储器）：存储输入角度值的相位信息，具体用处见下面说明。PIPELINE：流水线，必须和数据位长相同。本程序使用 8 级流水线。四、程序流程图：开始初始化相关变量输入的角度值转换为第一象限角度值 ， 以下使用转换后的角度值计算置 x 0 = 1 / A n ，y 0 = z 0 = 0执行迭代运算根据原输入角度的象限对迭代后的结果进行处理输出 s i n ( x )结束CORDIC 算法的旋转模式：它采用二进制位运算，即：1、z_i（d_i）正负的判断：通过判断 z_i 符号位（首位） ；2、2(-i)的实现：
5、即每次迭代时对 x_i 或 y_i 作除 2 操作，具体实现方法为把原二进制值向右移动一位，移出的空位补 0。3、每次迭代时，z 的值要减去的角度值满足公式 tan(-1)2(-i) 。根据原输入角度值所在象限对迭代后的结果进行处理：利用三角函数的性质，由于结果是在角度位于第一象限的情况下获得的，因此可作如下处理。 （输入角度在）第二象限：sinx 值不变，cosx 值取负。第三象限：sinx 和 cosx 值均取负。第四象限：cos x 值不变，sinx 取负。取负方法：所有二进制位取反加一（补码） 。五、功能测试记录：1、CORDIC 算法计算 sin(x)值2、Chipscope 在板调
6、试波形：六、调试过程中的主要问题及难点：1、Chipscope 的仿真波形显示错误。由如下原因导致 Chipscope 内核定义文件设置有误，程序中采用了双触发源，因此 Trigger Ports 应有 2 个。2、ModelSim 仿真信号混乱。应该在确保选中测试文件的情况下进行仿真3、双击“Analyze Design Using Chipscope”时，系统报错。是因为顶层测试文件中实例化 IPCore 模块语句中，IPCore 名字与工程中创建的 IPCORE 名字不一致。七、实验总结：接触到了一种比较新的 Cordic 算法 ，并对其有了一个比较初步的了解。再一次地熟悉了 ISE 13.2 集成开发环境和 Modelsim 软件的使用方法；。
