Асинхронное устройство векторного поворота

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в цифросигнальных процессорах. Техническим результатом является снижение потребляемой мощности, упрощение конструкции и повышение быстродействия. Устройство содержит блок формирования синуса и косинуса угла поворота, блок сравнения с максимумом, блок умножения синуса и косинуса, блок формирования комбинации и блок формирования результата поворота. 6 ил.

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в цифро-сигнальных процессорах или в качестве отдельного блока. Устройство может применяться в вычислительных средах с автономным разделением функций.

Известны устройства векторного поворота, спроектированные на разных принципах обработки сигналов. Так, из патента США US 3927312 известно устройство поворота, выполняющее вращение вектора. На вход устройства подаются значения угла поворота, действительные и мнимые составляющие вектора, подлежащего вращению, а сами вычисления сводятся к операциям сдвига и сложения. Устройство характеризуется необходимостью синхронизации процессов сдвига-сложения и большими аппаратными затратами.

В патенте США US 4807171 раскрыто устройство для поэтапного осуществления вращения цифрового сигнала, в котором используются таблицы памяти для трансформации данных поворота сигнального вектора. Устройство характеризуется сложностью управления и используемого оборудования.

Известно устройство векторного вращения, содержащее таблицы памяти косинуса и синуса угла поворота, дешифраторы и умножители, образующие вычислительную структуру для угла определения поворота (см. патент США US 7239341). Устройство характеризуется сложностью управления и используемого оборудования.

Наиболее близким является устройство вращения вектора согласно патенту РФ RU 2475830, предназначенное для использования в высокопроизводительных вычислительных системах, в частности системах цифровой обработки сигналов. Это устройство вращения вектора содержит блок псевдовращений и блок нормировки, на вход которого подаются компоненты двумерного вектора. На выходах получают первую (ненулевую) компоненту результирующего вектора (нулевая компонента не выводится) и код угла поворота (значения величин σi=sign(xiyi)). Вход блока нормировки соединен с выходом блока псевдовращений. В составе цепочки каскадов блока нормировки имеются каскады, содержащие сумматоры, наряду с каскадами, содержащими вычитатели. Блок нормировки представляет собой шестизвенную цепочку каскадов, в которой выход предыдущего каскада соединен с входом последующего. В каждый каскад наряду с вычитателем (сумматором) входит регистр, причем в каждом каскаде вход регистра является входом каскада. Выход регистра соединен с первым входом вычитателя (сумматора), а выход вычитателя (сумматора) является выходом каскада. В первом каскаде цепочки k-й бит первого входа вычитателя соединен с k+1-м битом второго входа (δ0=-1, k0=1, k=1, m-1), а 1-й бит второго входа устанавливается в ноль. Во втором каскаде k-й бит первого входа сумматора соединен с k+2-м битом второго входа (δ1=1, k1=2, k=1, m=2), а биты второго входа с 1-го по 2-й устанавливаются в ноль. На третьем каскаде цепочки k-й бит первого входа вычитателя соединен с k+5-м битом второго входа (δ2=-1, k2=5, k=1, m-5), а биты второго входа с 1-го по 5-й устанавливаются в ноль. На четвертом каскаде k-й бит первого входа сумматора соединен с k+9-м битом второго входа (δ3=1, k3=9, k=1, m-9), а биты второго входа с 1-го по 9-й устанавливаются в ноль. На пятом каскаде k-й бит первого входа сумматора соединен с k+10-м битом второго входа (δ4=1, k4=10, k=1, m-10), а биты второго входа с 1-го по 10-й устанавливаются в ноль. На шестом каскаде k-й бит первого входа сумматора соединен с k+16-м битом второго входа (δ5=1, k5=16, k=1, m-16), а биты второго входа с 1-го по 16-й устанавливаются в ноль.

Все известные устройства, включая ближайший аналог, отличаются большими аппаратными затратами и сложностью в управлении, что влечет за собой необходимость тщательной настройки и синхронизации работы блоков.

Решаемая изобретением задача заключается в улучшении технико-эксплуатационных характеристик устройства векторного поворота.

Технический результат, полученный при использовании изобретения, заключается в снижении потребляемой мощности, упрощении конструкции асинхронного устройства векторного поворота, а также повышении его быстродействия при асинхронном обмене данными.

Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата асинхронное устройство векторного поворота содержит блок формирования синуса и косинуса угла поворота, блок сравнения с максимумом, блок умножения синуса и косинуса, блок формирования комбинации и блок формирования результата поворота. Вход блока формирования синуса и косинуса угла служит для ввода данных величины угла поворота. Первый вход и второй входы блока умножения синуса и косинуса служат соответственно для ввода данных синуса и косинуса исходного угла. Вход блока формирования синуса и косинуса угла поворота соединен с пятым входом блока формирования результата поворота. Первый выход и второй выход блока формирования синуса и косинуса угла поворота соединены соответственно с первым входом и вторым входом блока сравнения с максимумом. Первый выход блока сравнения с максимумом соединен с третьим входом блока умножения синуса и косинуса, а второй выход - с четвертым входом блока умножения синуса и косинуса. Первый, второй, третий и четвертый выходы блока умножения синуса и косинуса соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока формирования комбинации. Первый, второй, третий и четвертый выходы блока формирования комбинации соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока формирования результата поворота, первый и второй выходы которого служат выходами устройства.

Далее преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются с помощью варианта его выполнения со ссылками на фигуры.

На фиг. 1 представлена функциональная схема заявленного устройства.

На фиг. 2 приведен вид входного сигнала (угол поворота вектора) для постоянных величин синуса (Y0=0,1736) и косинуса (Х0=0,9848).

На фиг. 3 приведены выходные сигналы синуса (кривая А) и косинуса (кривая Б) после поворота в диапазоне (0; п/4).

На фиг. 4 приведен входной сигнал угла поворота (кривая В) и выходной сигнал синуса (кривая Г).

На фиг. 5 приведен входной сигнал угла поворота (кривая Д) и выходной сигнал косинуса (кривая Е).

На фиг. 6 приведены выходные сигналы косинуса (кривая Ж) и синуса (кривая З).

Перечень позиций на фиг. 1:

1 - блок формирования синуса и косинуса угла поворота

2 - блок сравнения с максимумом

3 - блок умножения синуса и косинуса

4 - блок формирования комбинации

5 - блок формирования результата поворота

6, 7, 8 - входы

9-25 - шины данных (сигнальные)

26, 27 - выходы.

Асинхронное устройство векторного поворота (фиг. 1) содержит блок 1 формирования синуса и косинуса угла поворота, блок 2 сравнения с максимумом, блок 3 умножения синуса и косинуса, блок 4 формирования комбинации и блок 5 формирования результата поворота.

Вход 6 блока 1 формирования синуса и косинуса угла служит для ввода по шине 11 данных величины угла поворота. Первый вход 7 и второй вход 8 блока 3 умножения синуса и косинуса служат соответственно для ввода данных по шинам 9, 10 синуса и косинуса исходного угла. Вход 6 блока 1 формирования синуса и косинуса угла поворота соединен с пятым входом блока 5 формирования результата поворота. Первый выход и второй выход блока 1 формирования синуса и косинуса угла поворота соответственно по шинам 12 и 13 соединен с первым входом и вторым входом блока 2 сравнения с максимумом. Первый выход блока 2 сравнения с максимумом соединен по шине 15 с третьим входом блока 3 умножения синуса и косинуса, а его второй выход по шине 14 - с четвертым входом блока 3 умножения синуса и косинуса. Первый, второй, третий и четвертый выходы блока 3 умножения синуса и косинуса соединены соответственно шинами 16, 17, 18, 19 с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока 4 формирования комбинации. Первый, второй, третий и четвертый выходы блока 4 формирования комбинации соединены соответственно шинами 20, 21, 22, 23 с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока 5 формирования результата поворота. Первый и второй выходы блока 5 формирования результата поворота по шинам 24, 25 служат выходами 26 и 27 устройства.

Устройство работает следующим образом.

На входы 7 и 8 поступают исходные данные координат, которые надо повернуть на заданный угол, сформированный на входе 6. Сигналы на входы 7 и 8 поступают в формате чисел с фиксированной запятой, а сигнал на вход 6 поступает в формате радиан и соответствует максимальной величине поворота в градусах - 57° (в радианах это 1 рад., или в формате с фиксированной точкой - 0.1111…1, т.к. 90° эквивалентно примерно 1,57).

В блоке 1 формирования синуса и косинуса угла поворота данные преобразуются в интервале (-1; +1) фиксированного формата. При этом если угол поворота находится вне пределов этого формата, то это отслеживается при поступлении данных по шине 11 на блок 5 формирования результата поворота, в результате чего прибавляется единица к выходному значению, поскольку в этом случае величина превышает предельное значение в формате чисел с фиксированной точкой.

В блоке 2 сравнения с максимумом также производится оценка заданного угла поворота - этот угол больше или меньше 57° (больше или меньше 1), что эквивалентно предельной оценке данных с фиксированной запятой.

Информация о синусе и косинусе угла поворота с выхода блока 2 сравнения с максимумом поступает по шинам 14 и 15 в блок 3 умножения синуса и косинуса, в котором обеспечивается перемножение по формулам:

sinα×sinβ, sinα×cosβ, cosα×cosβ, cosα×sinβ,

где α - исходный угол в радианах, β - угол поворота в радианах.

Эти данные с четырех выходов блока 3 по четырем шинам 16, 17, 18, 19 поступают в блок 4 формирования комбинации, в котором вычисляются величины:

sinα×cosβ+cosα×sinβ,

cosα×cosβ-sinα×sinβ,

sinα×cosβ-cosα×sinβ,

cosα×cosβ+sinα×sinβ.

Сформированные данные необходимы для расчета результата операции поворота координат во всем диапазоне угла поворота, который может быть больше «1» (в радианах). Сигнал о превышении этого значения поступает в блок 5 формирования результата поворота по шине 11 (и в нем, как отмечалось выше, прибавляется или нет 1 к выходному значению).

Блок 5 формирования результата поворота осуществляет известные преобразования:

sin(α+β)=sin(α)×cos(β)+sin(β)×cos(α),

sin(α-β)=sin(α)×cos(β)-sin(β)×cos(α),

cos(α+β)=cos(α)×cos(β)-sin(α)×sin(β),

cos(α-β)=cos(α)×cos(β)+sin(α)×sin(β).

Результатом сравнения и выдачи результата соответственно по шинам 24 и 25 являются вычисления величин:

sin(α+β) или sin(α-β),

cos(α+β) или cos(α-β).

Указанные данные являются выходными на выводах 26 и 27.

Результаты моделирования заявленного устройства в среде Матлаб (Matlab/Simulink) представлены на фиг. 2-6.

На фиг. 2 приведен входной сигнал (угол поворота вектора) на входе 6 для постоянных величин синуса (Y0=0,1736) и косинуса (Х0=0,9848).

На фиг. 3 приведены выходные сигналы синуса (кривая А) и косинуса (кривая Б) после поворота в диапазоне (0; п/4).

На фиг. 4 приведены входной сигнал угла поворота (кривая В) и выходной сигнал синуса (кривая Г).

На фиг. 5 приведены входной сигнал угла поворота (кривая Д) и выходной сигнал косинуса (кривая Е).

На фиг. 6 приведены выходные сигналы косинуса (кривая Ж) и синуса (кривая З).

В результате удалось создать устройство асинхронного принципа действия, которое эффективно для вычислений методом последовательного приближения.

В данном устройстве решена задача вычисления угла поворота во всем диапазоне угловых изменений вектора; само же предлагаемое вычислительное устройство оперирует с данными с фиксированной запятой. Основным результатом работы заявленного устройства является снижение потребляемой мощности за счет асинхронного принципа его работы, т.е. устройство обрабатывает информацию только при наличии входных данных. Уменьшаются аппаратные затраты, поскольку не требуется временного интервала подготовки блоков для загрузки данных и вычисления окончания процесса итерации - это происходит в автоматическом режиме. Кроме того, повышается быстродействие устройства, т.к. отсутствует необходимость использования блока перевода данных с фиксированной запятой в данные с плавающей точкой. Эти три фактора значительно повышают эффективность использования заявленного асинхронного устройства векторного поворота.

Наиболее успешно заявленное асинхронное устройство векторного поворота промышленно применимо в цифро-сигнальных процессорах или в виде отдельного функционального блока. Данное устройство может широко применяться в вычислительных средах с автономным разделением функций с целью ускорения вычислительного процесса.


1     Асинхронное устройство векторного поворота, содержащее блок формирования синуса и косинуса угла поворота, блок сравнения с максимумом, блок умножения синуса и косинуса, блок формирования комбинации и блок формирования результата поворота,

при этом вход блока формирования синуса и косинуса угла служит для ввода данных величины угла поворота,

первый вход и второй вход блока умножения синуса и косинуса служат соответственно для ввода данных синуса и косинуса исходного угла,

вход блока формирования синуса и косинуса угла поворота соединен с пятым входом блока формирования результата поворота,

первый выход и второй выход блока формирования синуса и косинуса угла поворота соединены соответственно с первым входом и вторым входом блока сравнения с максимумом, первый выход которого соединен с третьим входом блока умножения синуса и косинуса, а второй выход – с четвертым входом блока умножения синуса и косинуса,

первый, второй, третий и четвертый выходы блока умножения синуса и косинуса соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока формирования комбинации, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока формирования результата поворота, первый и второй выходы которого служат выходами устройства.



 

Похожие патенты:

Устройство относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано для ускоренного вычисления функции . Технический результат заключается в повышении точности вычисления функции .

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности, к специализированным вычислителям. Технический результат заключается в снятии ограничений на аргумент вычисляемых функций в диапазоне от 0 до +∞.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано на борту летательного аппарата, а также при моделировании динамики и управлении полетами летательных аппаратов.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть применено в специализированных ЭВМ, использующих двоичную систему счисления с целочисленным форматом представления исходных данных.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при создании бесплатформенных инерциальных систем, входящих с состав систем автоматического управления высокоманевренными судами, объектами авиационной техники, изделиями ракетно-космической техники и космическими аппаратами в частности, а также мобильными робототехническими комплексами, особенностью которых является обеспечение работоспособности в экстремальных условиях.

Изобретение относится к автоматике и информационно-вычислительной технике и может быть использовано для расчета прямых тригонометрических функций. .

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании динамики и управления полетами летательных аппаратов. .

Изобретение относится к вычислительной технике, системам технического зрения, тренажерам различного назначения, а также может быть использовано в телевизионной технике.

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к устройствам преобразования координат, и может быть использовано в специализированных вычислителях при преобразовании адресов телевизионного дисплея.

Группа изобретений относится к вариантам системы адаптивного интерфейса транспортного средства. Система интерфейса транспортного средства может включать в себя интерфейс, выполненный с возможностью представления выбираемых функций, и контроллер.

Изобретение относится к области электросвязи. Технический результат направлен на расширение арсенала средств того же назначения.

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей.

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в расширении арсенала средств того же назначения.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника гиперхаотических электромагнитных колебаний. Технический результат заключается в расширении возможностей регулирования параметров генерируемого гиперхаотического сигнала.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для отказоустойчивой параллельной реализации систем булевых функций в средствах криптографической защиты информации.

Изобретение относится к технологиям сетевой связи. Технический результат заключается в повышении скорости обработки данных.

Изобретение относится к способу, системе и считываемому компьютером носителю для построения дополнительного календаря для пользователя пользовательского устройства.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой вычислительной техники как средство преобразования кодов. Техническим результатом является обеспечение реализации любой из шести простых симметричных булевых функций, зависящих от шести аргументов - входных двоичных сигналов.

Изобретение относится к обработке данных с воздействием на порядок их расположения или на содержание обрабатываемых данных. Технический результат – повышение надежности СУБД и предотвращение несанкционированного доступа к объектам в БД.

Изобретение относится к вычислительному устройству. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения вычисления остатка и неполного частного.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в цифросигнальных процессорах. Техническим результатом является снижение потребляемой мощности, упрощение конструкции и повышение быстродействия. Устройство содержит блок формирования синуса и косинуса угла поворота, блок сравнения с максимумом, блок умножения синуса и косинуса, блок формирования комбинации и блок формирования результата поворота. 6 ил.

Наверх