Development of High Level Synthesizable Fixed Point Trigonometric Function

Iwanaga Koudai, Abe Takayosi, Tanabe Hiroyuki, Yamawaki Akira

doi:10.12792/iiae2013.024

音声処理や動画像処理において，三角関数・指数関数・対数関数といった初等関数の演算を行うことが多い。そして，それらの処理をハードウェア化する場合，C言語などのソフトウェア言語でアルゴリズムの設計を行った後にハードウェア記述言語でハードウェア設計を行う。開発者にとって，この一連の設計フローの中で一貫した動作検証が行えることが望ましい。しかし，この設計フローにおいて初等関数を導入するということは容易ではない。例えば，C言語の標準ヘッダファイルであるmath.hから初等関数を使用する場合，言語の違いからハードウェア設計での一貫した動作検証が困難である。また，ネットリストレベルやHDLレベルのIPをCプログラムで呼び出して使用する場合，シミュレーション時間の増大や，デバイス依存等の問題が生じるため，開発者にとって大きな不可になる。このような背景から，C言語からハードウェア言語への変換を行う高位合成用の初等関数ライブラリが開発されているが，その詳細は浮動小数点での演算であるため，回路規模や性能，消費電力の観点からハードウェア化が困難な場合がある。そこで，固定小数点での演算を行い，かつ，高位合成を行える初等関数ライブラリを開発し，開発者に提供する。これにより，Cプログラムのみの高位合成を主体としたハードウェア設計を行えるので，ハードウェア言語での設計負荷を大幅に削減することができ，回路規模や性能に優れたハードウェアを生成することができる。本論文では，固定小数点演算での初等関数ライブラリの作成にあたり，CORDICというアルゴリズムを用いて，三角関数の演算を行うプログラムをC言語で設計し，開発した。実験では，浮動小数点演算であるmath.hを高位合成し，回路規模や動作速度の比較を行った。その結果，計算精度は同等であり，リソース使用率はmath.hに含まれる三角関数よりも本研究の三角関数のほうが低くなった。

Development of High Level Synthesizable Fixed Point Trigonometric Function

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