Cordic IP核使用说明以及避坑记录
参考文章：(140条消息) Vivado cordic IP核rotate和translate使用详解(附有代码)_cordic ip核 rotate_迎风打盹儿的博客-CSDN博客
(140条消息) VIVADO cordic IP核_卡布奇诺加勺糖的博客-CSDN博客
文章目录
- Cordic IP核使用说明以及避坑记录
- 前言
- 一、cordic算法的原理
- 二、cordic IP核主要功能：
- 1.translate模式IP核配置和踩坑记录
- 2. rotate模式IP核配置和踩坑记录
- 3. 代码参考
前言
项目需求使用了cordicIP核取相位然后旋转，这篇文章主要是记录一下学习IP核以及使用IP核过程中遇到的问题。
一、cordic算法的原理
推荐学习视频：FPGA：Cordic算法介绍与实现_哔哩哔哩_bilibili
视频清晰的讲述了cordic算法的原理以及硬件实现，视频下方还提供了代码和资料，其中有一份XILINX-CORDIC算法文档非常推荐一看。
二、cordic IP核主要功能：
CORDIC（Coordinate Rotation Digital Computer）算法即坐标旋转数字计算方法。该算法通过基本的加和移位运算代替乘法运算，使得矢量的旋转和定向的计算不再需要三角函数、乘法、开方、反三角、指数等函数。有以下功能模式：
- rotate 旋转
- translate 变换 ——直角坐标转极坐标
- sin/cos
- arctan
- sinh/cosh
- arc tanh
- square root 平方根
这次实现主要关注的是：rotate、 translate
1.translate模式IP核配置和踩坑记录
- Functional Selection: 模式选择，此处选择Translate
- Architectural Configuration: CORDIC核心有两种架构配置，并行和串行。
- Pipelining Mode: CORDIC核心提供了三种流水线模式:无、最优和最大。流水线模式的选择基于功能配置和体系结构配置的选择。
None: CORDIC核心在没有流水线的情况下实现。
优化: CORDIC核心实现了尽可能多的流水线阶段，而不使用任何额外的lut。 最大:CORDIC核心在每个shift-add子阶段之后都有一个管道实现。 此处选择优化。
- Phase Format:
radians格式下就是输入正常的弧度制，输入范围是（-π,π） scale
radians则是输入归一化的弧度值，输入范围是（-1,1） 说明白点，radians格式下，你的输入就相当于在scale radians下输入再乘π。 此处选择Radians。
- Round Mode: CORDIC核心提供四种舍入模式。
Truncate截断: The X_OUT, Y_OUT, and PHASE_OUT outputs are truncated.
Positive Infinity向上取整: The X_OUT, Y_OUT, and PHASE_OUT outputs are
rounded such that 1/2 is rounded up (towards positive infinity). It is
equivalent to the MATLAB function floor(x + 0.5).
Pos Neg Infinity四舍五入: The outputs X_OUT, Y_OUT, and PHASE_OUT are rounded such that 1/2 is rounded up (towards positive infinity) and -1/2 is rounded down (towards negative infinity). It is equivalent to the MATLAB function round(x).
Nearest Even最近偶数: The X_OUT, Y_OUT, and PHASE_OUT outputs are rounded toward the nearest even number such that a 1/2 is rounded down and 3/2 is rounded up.
根据需要选择Round Pos Neg Inf。
- Iterations和 Precision： 不选设为0 IP核根据其他设置默认设置。
- Coarse Rotation：如果关闭粗旋转，输入/输出范围将限制在第一象限(-Pi/4，+ Pi/4)。所以应该勾上。
- 【坑】Compensation Scaling：补偿方式。cordic这个IP核在使用的时候他的输出是乘了倍数Z的，第一次用的时候没有勾选补偿方式，发现输出结果角度是对的，但是模值不正确，
勾选补偿方式后cordic会自己把输出再乘一个Z的倒数，这样就对了。
No Scale Compensation: 输出X和Y没有补偿，并生成，按比例Z缩放。
LUT Based:输出X和Y补偿使用基于LUT的常系数乘法器。
BRAM: 输出X和Y使用块ram为基础的常系数乘法器进行补偿。
Embedded Multiplier: 输出X和Y使用DSP Slice进行补偿。
此处如果选No，不会补偿，输出结果不对。以保证结果正确，必须选择一项补偿方式。此处默认选LUT Based。
-
数据范围 需要注意，否则输出可能出错
Translation的数据范围，fix格式下数据范围不能超过±1，此外要注意输出的模值会不会超位宽的问题，如果有超需要扩展位宽！！！。Fix16_14实际上就是（signed [15:0]）/2^14。Fix16_14: 1(符号位)+1(整数位)+14(小数位)
仿真器显示定点小数：
【技巧】Vivado 仿真器simulation显示定点小数_LiangWF22的博客-CSDN博客
-
输入PADDING：具体是否有补零和补零位数根据IP核配置页面为准。另外如果输入X/Y_IN位宽和IP核位宽不一致需要补符号位。
第二页不用修改使用默认值即可：
2. rotate模式IP核配置和踩坑记录
配置和translate模式基本一致，这里我采的一个坑是，我是把translate的输出模值和相位经过一定处理后送到rotate里面，translate的输出位宽是16位，相位是fix16_13，但是我的rotate的输入phase是fix17_14（为了避免rotate输出的模值溢出多给了一位）我刚开始是直接补的符号位，这样子==实际上rotate收到的phase变成原来的一半了！！！==导致一个数据也不对，后来改成低位补一个0就解决了。
3. 代码参考
参考: (140条消息) Vivado cordic IP核rotate和translate使用详解(附有代码)_cordic ip核 rotate_迎风打盹儿的博客-CSDN博客
1. `timescale 1ns / 1ps
2.
3.
4. module cordic_test_tb();
5.
6. // cordic_translate_test Parameters
7. parameter PERIOD = 2;
8.
9. // cordic_translate_test Inputs
10. reg clk = 0 ;
11. reg start = 0 ;
12. reg [15:0] x_in = 0 ;
13. reg [15:0] y_in = 0 ;
14. reg [15:0] pha_in = 0 ;
15.
16. // cordic_translate_test Outputs
17. wire over1 ;
18. wire over2 ;
19. wire [15:0] x_out1 ;
20. wire [16:0] x_out2 ;
21. wire [16:0] y_out2 ;
22. wire [15:0] pha_out ;
23.
28.
29. cordic_translate_test u_cordic_translate_test (
30. .clk ( clk ),
31. .start ( start ),
32. .x_in ( x_in [15:0] ),
33. .y_in ( y_in [15:0] ),
34.
35. .over ( over1 ),
36. .x_out ( x_out1 [15:0] ),
37. .pha_out ( pha_out [15:0] )
38. );
39.
40.
41. initial
42. begin
43. forever #(PERIOD/2) clk=~clk;
44. #5 start<=1;
45. x_in<=16'b0011000000000000;
46. y_in<=16'b0011000000000000;
47. pha_in<=16'b0011001001000011;
48. #2
49. x_in<=16'b1110000000000000;
50. y_in<=16'b1110000000000000;
51. pha_in<=16'b1001101101111000;
52.
53. #10
54. x_in<=16'b0110000000000000;
55. y_in<=16'b1010000000000000;
56. pha_in<=16'b0110010010000111;
57. end
58.
59.
60.
61. cordic_rotate_test u_cordic_rotate_test (
62. .clk ( clk ),
63. .start ( start ),
64. .x_in ( x_in ),
65. .y_in ( y_in ),
66. .pha_in ( pha_in ),
67.
68. .over ( over2 ),
69. .x_out ( x_out2 ),
70. .y_out ( y_out2 )
71. );
72.
73.
74.
75.
76. endmodule
module cordic_rotate_test(
input clk, //输入时钟信号
input start, //输入开始计算信号
input [15:0] x_in, //输入坐标x
input [15:0] y_in, //输入坐标y
input [15:0] pha_in, //输入相角
output wire over, //输出计算完成标志
output wire [16:0] x_out, //输出坐标x
output wire [16:0] y_out //输出坐标y
);
wire [16:0]phase ;
wire [40:0] rotate_out;
//assign phase = {pha_in[15],pha_in};
assign phase = {pha_in,1'b0};
wire [16:0] x_in_1;
wire [16:0] y_in_1;
assign y_in_1 = {y_in[15],y_in};
assign x_in_1 = {x_in[15],x_in};
cordic_rotate u_cordic_rotate_ip (
.aclk(clk), // input wire aclk
.s_axis_phase_tvalid(start), // input wire s_axis_phase_tvalid
.s_axis_phase_tdata(phase), // input wire [17 : 0] s_axis_phase_tdata
.s_axis_cartesian_tvalid(start), // input wire s_axis_cartesian_tvalid
.s_axis_cartesian_tdata({y_in_1,7'b0000000,x_in_1}), // input wire [41 : 0] s_axis_cartesian_tdata
.m_axis_dout_tvalid(over), // output wire m_axis_dout_tvalid
.m_axis_dout_tdata(rotate_out) // output wire [41 : 0] m_axis_dout_tdata
);
assign x_out = rotate_out[16:0];
assign y_out = rotate_out[40:24];
endmodule
module cordic_translate_test(
input clk, //输入时钟信号
input start, //输入开始计算信号
input [15:0] x_in, //输入坐标x
input [15:0] y_in, //输入坐标y
output wire over, //输出计算完成标志
output wire [15:0] x_out, //输出坐标x
output wire [15:0] pha_out //输出相角
);
cordic_translate cordic_translate_inst(
.aclk(clk), // input wire aclk
.s_axis_cartesian_tvalid(start), // input wire s_axis_cartesian_tvalid
.s_axis_cartesian_tdata({y_in,x_in}), // input wire [63 : 0] s_axis_cartesian_tdata
.m_axis_dout_tvalid(over), // output wire m_axis_dout_tvalid
.m_axis_dout_tdata({pha_out,x_out}) // output wire [63 : 0] m_axis_dout_tdata
);
endmodule
