UART接口下的CORDIC算法优化：VHDL实现与性能提升

本篇文章主要讨论的是UART（通用异步收发器）的完整模块设计，特别是在Python编程中，如何应用到坐标旋转算法（CORDIC）的硬件实现。作者以中南大学物理电子学专业硕士研究生孔德元的研究论文为例，探讨了针对正弦余弦计算的CORDIC算法的优化及其在FPGA（现场可编程门阵列）平台上的应用。 首先，文章详细介绍了图5.15中的UART模块，其中涉及到初始值缓存分配器的设计。这个模块的关键在于处理计算机发送的8位并行数据与16位运算数据之间的转换。当接收到每个新的字节数据时，通过移位寄存器存储高八位，同时利用UART接收完成信号作为计数器时钟，每两轮右移操作后，16位寄存器就能储存完整的初始值。此时，初始化完成信号ini over被设置为高电平，触发全局CORDIC算法单元的迭代运算。 图5.16展示了初始值缓存分配器的模块接口图，以及图5.17中的仿真波形图，展示了数据传输和处理过程中的时间和状态变化。这部分代码是用VHDL行为级语言编写的，用于得到寄存器传输级RTL电路，这在硬件设计中具有重要意义。 论文的核心成果包括五个方面： 1. 通过对每次旋转角度的深入分析，减少了反正切函数表的存储需求和流水线级数，从而节省了硬件资源。 2. 通过减少对反正切函数表的访问次数，提高了算法的运算速度，提升了系统性能。 3. 简化了校准因子的计算，进一步优化了算法效率。 4. 利用三角函数的对称性，扩展了输入角度范围，增加了算法的灵活性。 5. 采用FPGA作为硬件平台，使用VHDL进行了整个系统的硬件描述设计，实现了CORDIC算法的硬件实现，并且设计了异步串行接口，增强了系统的模块化。 论文的重点在于详细介绍优化后的CORDIC算法单元设计，以及其在硬件实现上的应用，如系统总体框架、模块设计和功能验证。最终，该研究成功地实现了正弦和余弦函数的快速运算，并通过仿真验证了算法的优越性，即提高了运算速度和减少了硬件资源的占用。 关键词：超大规模集成电路、坐标旋转算法、超高速集成电路硬件描述语言、现场可编程门阵列，都体现了这篇论文的技术核心和研究价值。