xilinx FPGA 开方(cordic)ip核的使用(VIVADO&VHDL)

本文档详述了如何使用VHDL创建自定义IP核,包括选择开发模式、数据格式和运算模式等配置。接着展示了VHDL程序的实体和结构体实现,使用了一个名为cordic_0的组件。RTL图描绘了设计的硬件结构。最后,通过仿真程序验证了IP核的功能,输入数据在使能信号有效时被处理,输出在输出使能有效时产生。

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一、建立ip核

 根据自己的要求自行更改:

选择开发模式,然后模式可以选择最优或者最大,数据格式可以选择无符号整数或者无符号分数,然后再选择输入位宽,以及就散模式,向下取整或者四舍五入等等。

二、建VHDL程序



library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;


entity kaifang0 is
PORT (
    clk : IN STD_LOGIC;
    s_axis_cartesian_tvalid : IN STD_LOGIC;
    s_axis_cartesian_tdata : IN STD_LOGIC_VECTOR(23 DOWNTO 0);
    m_axis_dout_tvalid : OUT STD_LOGIC;
    m_axis_dout_tdata : OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0)
  );
end kaifang0;

architecture Behavioral of kaifang0 is

COMPONENT cordic_0
  PORT (
    aclk : IN STD_LOGIC;
    s_axis_cartesian_tvalid : IN STD_LOGIC;
    s_axis_cartesian_tdata : IN STD_LOGIC_VECTOR(23 DOWNTO 0);
    m_axis_dout_tvalid : OUT STD_LOGIC;
    m_axis_dout_tdata : OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0)
  );
END COMPONENT;

begin

kaif0 : cordic_0
  PORT MAP (
    aclk => clk,
    s_axis_cartesian_tvalid => s_axis_cartesian_tvalid,
    s_axis_cartesian_tdata => s_axis_cartesian_tdata,
    m_axis_dout_tvalid => m_axis_dout_tvalid,
    m_axis_dout_tdata => m_axis_dout_tdata
  );
  
end Behavioral;

三、RTL图:

 

四、仿真程序


library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;


entity kaifang0_tb is
--  Port ( );
end kaifang0_tb;

architecture Behavioral of kaifang0_tb is

COMPONENT kaifang0
  PORT (
    clk : IN STD_LOGIC;
    s_axis_cartesian_tvalid : IN STD_LOGIC;
    s_axis_cartesian_tdata : IN STD_LOGIC_VECTOR(23 DOWNTO 0);
    m_axis_dout_tvalid : OUT STD_LOGIC;
    m_axis_dout_tdata : OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0)
  );
END COMPONENT;

signal clk :  STD_LOGIC;
signal    s_axis_cartesian_tvalid :  STD_LOGIC;
signal    s_axis_cartesian_tdata :  STD_LOGIC_VECTOR(23 DOWNTO 0);
 signal   m_axis_dout_tvalid :  STD_LOGIC;
 signal   m_axis_dout_tdata :  STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0);
    
-- Clock period definitions
   constant clk_period : time := 10 ns;
   
begin

	-- Instantiate the Unit Under Test (UUT)
   uut: kaifang0 PORT MAP (
            clk => clk,
            s_axis_cartesian_tvalid => s_axis_cartesian_tvalid,
            s_axis_cartesian_tdata => s_axis_cartesian_tdata,
            m_axis_dout_tvalid => m_axis_dout_tvalid,
            m_axis_dout_tdata => m_axis_dout_tdata
        );

   -- Clock process definitions
   clk_process :process
   begin
		clk <= '0';
		wait for clk_period/2;
		clk <= '1';
		wait for clk_period/2;
   end process;
 

   -- Stimulus process
   stim_proc: process
   begin		
      -- hold reset state for 100 ns.
     s_axis_cartesian_tvalid <= '0';
     wait for 25ns; 
     s_axis_cartesian_tvalid <= '1';
     s_axis_cartesian_tdata <= X"001008";
     wait for clk_period; 
     s_axis_cartesian_tvalid <= '0';
     wait for clk_period*3; 
     
     s_axis_cartesian_tvalid <= '1';
     s_axis_cartesian_tdata <= X"101008";
     wait for clk_period; 
     s_axis_cartesian_tvalid <= '0';
     wait for clk_period*3; 
     
     s_axis_cartesian_tvalid <= '1';
     s_axis_cartesian_tdata <= X"000008";
     wait for clk_period; 
     s_axis_cartesian_tvalid <= '0';
     wait for clk_period*3; 
     
     wait for clk_period*5; 
      -- insert stimulus here 

      wait;
   end process;
   


end Behavioral;

五、仿真结果

 数据在使能信号有效时输入,在输出使能有效时输出

### 使用Verilog实现CORDIC算法进行根号运算 为了在FPGA上高效地执行定点根号运算,可以利用CORDIC算法。该算法通过迭代的方式逐步逼近所需的结果,仅依赖于简单的算术操作如加法、减法和位移,非常适合硬件实现。 #### CORDIC算法原理概述 CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)算法可以通过旋转坐标系来解决多种数学问题,包括三角函数、双曲函数以及平方根等。对于根号运算而言,主要涉及的是向量模式下的CORDIC变换[^1]。 #### Verilog代码实现 下面是一个基于CORDIC算法的简单Verilog模块用于计算输入值X的平方根: ```verilog module cordic_sqrt #( parameter WIDTH = 16, // 数据宽度 parameter ITERATIONS = 10 // 迭代次数 )( input wire clk, input wire rst_n, input wire signed [WIDTH-1:0] x_in, // 输入数据 (开方) output reg signed [WIDTH-1:0] sqrt_out, // 输出结果 (开方后的数值) input wire start, // 始信号 output reg done // 完成标志 ); localparam REAL PI = 3.1415926; reg signed [WIDTH-1:0] z_reg; // Z寄存器初始化为PI/2 wire signed [WIDTH-1:0] z_next; // 初始化参数 always @(posedge clk or negedge rst_n) begin if (!rst_n) begin z_reg <= $signed(PI / 2); sqrt_out <= 0; done <= 0; end else if (start && !done) begin // 实现CORDIC迭代逻辑... // ... // 更新Z寄存器并设置完成标记 z_reg <= z_next; done <= /* 条件 */; end end // 计算下一个角度增量d_k function integer d_k; input integer k; begin case(k) 0 : d_k = 1 << (k); // 当前迭代步长 default : d_k = -(1 << (-k)); // 负指数表示右移 endcase end endfunction // 主要CORDIC循环体省略... endmodule ``` 这段代码展示了如何定义一个基本框架来进行CORDIC平方根运算。实际应用中还需要补充具体的CORDIC迭代过程及相关控制逻辑以确保正确性和性能优化。 #### 关键点说明 - **数据类型**:考虑到定点运算的需求,在声明变量时指定了`signed`关键字,并设定了适当的数据宽度。 - **同步重置机制**:提供了异步低电平有效的复位功能(`rst_n`),以便更灵活地管理状态机行为。 - **启动与结束指示**:加入了`start`触发端口及相应的`done`反馈端口,方便外部调用者监控当前工作进度。 - **CORDIC心部分**:虽然这里只给出了大致结构,但在具体设计里应当加入详细的CORDIC更新规则及其终止条件判断。
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