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xilinx cordic ip核的使用

(2014-07-29 23:26:17)
标签:

ip

fpga

xilinx

分类: FPGA
本文介绍如何使用xilinx的CORDIC 核生产一个sin和cos波形?
cordic的原理就不介绍了,百度一大堆,我们知道原理后,需要去使用它。
环境:xilinx ISE 14.5   cordic 4.0 modelsim 

首先是IP核的选项设置,照例的有图才方便学习~

xilinx cordic ip核的使用 - fantasy - 悠然见南山
 
标注1:选择函数的类型,我们选择计算sin和cos值。
标注2:选择cordic的结构,是字串行还是并行,我们选择并行。
标注3:选择输出流水线类型,我们选择不要流水线。

关于cordic的计算结构,是并行还是串行,datasheet上面有介绍时序图:
xilinx cordic ip核的使用 - fantasy - 悠然见南山

xilinx cordic ip核的使用 - fantasy - 悠然见南山
 
看时序图可知,serial类型计算一个值,需要的clk比parallel需要的多,但是datasheet后面有说serial占用的资源少。
如果感兴趣可以看datasheet上介绍的二者的内部结构。
serial 占用的资源少,需要的clk多,也会使端口多出几个PIN,控制起来麻烦一点,如下图:
xilinx cordic ip核的使用 - fantasy - 悠然见南山
 
关于输出流水线类型,我们选择NO Pipelining ,如果选择其他的,那么输出的结果会延迟不定时的clk才产生,当然好处是节省资源。
选择NO Pipelining 时, 1个clk就出一个计算值,有点费资源。文档的最后有对二者的资源占用比较,可以参考。
如果对延时不在意,但是想节省资源的话,就选择优化。
datasheet相关介绍:
xilinx cordic ip核的使用 - fantasy - 悠然见南山
 

xilinx cordic ip核的使用 - fantasy - 悠然见南山
标注1:选择相位角的格式,我们选择Scaled Radians(意思是多少PI)。
标注2:选择数据宽度,这个和你需要多少位宽的数据有关,我们选择16位。
标注3:舍位模式,选择的是近似值。

对于相位角格式,datasheet的定义为:
xilinx cordic ip核的使用 - fantasy - 悠然见南山

数据的有效值的定义为:
xilinx cordic ip核的使用 - fantasy - 悠然见南山
相位角:  第一位是符号位,第二、三位是整数位,其他是小数位。
sin数据: 第一位符号位,第二位整数位,其他小数位。
cos数据:第一位符号位,第二位整数位,其他小数位。

数据的舍位模式:(具体可以看下表)
xilinx cordic ip核的使用 - fantasy - 悠然见南山
 
 xilinx cordic ip核的使用 - fantasy - 悠然见南山
标注1:选择阶乘和精度,0表示根据数据来自动选择。
标注2:选择cordic算法的范围,将输出值控制在-pi/4 ~ +pi/4之间还是-pi ~ +pi之间。
标注3:选择PIN,本来sin和cos功能是可以不要RDY的,但是我需要RDY来查看什么时候输出数据才有效。

标注2的详解:
xilinx cordic ip核的使用 - fantasy - 悠然见南山
 
如果你要生成正弦余弦波,那么你的Coarse Rotation必须选上,让输出数据是整个圆平面。


这样设置好的cordic IP核只是第一步,下一步是来设置合适的相位phase,以产生完整的波形。
datasheet所示:
xilinx cordic ip核的使用 - fantasy - 悠然见南山
我设置的数据位是16位,那么+1.0 -> 16‘h2000;   -1.0 -> 16'he000;

(暂时给定phase的步进为16’h00C0,至于怎么确定,下面会说到,cordic的时钟我设置的是100Mhz)
如果直接让phase从 16‘h2000 到 16'he000 ,那么波形就会变成这样:
xilinx cordic ip核的使用 - fantasy - 悠然见南山
原因是,16‘h2000 到 16'he000 之间有一长段的phase是大于+1和小于-1的,cordic IP核会当做+1和-1计算,所以才会一直是相同的值。

那么怎样才能产生完整的正弦波?
我们将phase从16'he000 到 16‘h2000 ,仿真结果为:
xilinx cordic ip核的使用 - fantasy - 悠然见南山
发现有的地方是完整的波形了,那么现在我们需要找到波形的衔接点:
我选取x_out的二个波谷做一个周期,那么找到二个波谷对应的phase即可,注意cordic计算是需要clk,当rdy为1时,数据才有效,所以我们要找到延时的clk数。
我用cnt来计算,大概11个clk,数据有效。(注意不同的cordic设置会产生不同的延时,所以cnt不是固定的)
xilinx cordic ip核的使用 - fantasy - 悠然见南山

那波谷对应的phase是向前数11个clk对应的phase:16‘hd980
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同样找到另一个波谷的phase值为:16‘h1940
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仿真产生完整的正弦余弦波:
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测试的testbench:
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那么步进的phase怎么计算呢?
我选择的是16’h00C0,十进制是192。
刚才提到了,+1 到 -1(16‘h2000 到 16'he000)之前有 :16'he000 - 16‘h2000 = 16‘hC000,也就是49152.
256 * 192 = 49152,那么当步进取192的时候,256个clk就可以从2000加到E000了。这样不会出现起始数据不定的状况。这里建议数值是49152的约数比较好,当然不是它的约数也行。

16‘h00C0 -> 0000 0000 1100 0000,按照datasheet的phase数据格式:000,0 0000 1100 0000,也就是十进制的0.0234375。而这个数的角度值为:0.0234375 * 180° = 4.21875°,也就是每个clk步进4.21875°。

一个圆有360°,那么从0°到360°一共步进360° / 4.21875° 约等于 85.3次。
我选择的clk为10ns,也就是85.3 * 10 ns输出一个完整的正弦余弦波。
所以正弦余弦波的周期为1 / 853 ns 约等于 1.17Mhz。

如果要产生自己想要的频率,那么需要更改步进,然后根据仿真找到衔接点的起始位置。

补充:
怎样在modelsim里面看波形,而不是数据。
xilinx cordic ip核的使用 - fantasy - 悠然见南山
 
 如果要从 波形形式 变回 数据形式,选择Literal格式即可。

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