專利名稱：Cnc插補的一種并行流水計算裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種CNC運行數據的計算裝置。
背景技術：
數控加工是當代機械制造的基礎工藝之一。數控加工需要借助于數控機床。數 控系統是數控機床的核心部件之一。目前，CNC數控是現代數控系統的不二形式。高 速高精的數控系統是提高加工效率和質量的根本保障。以現場可編程門陣列FPGA為代 表的新型可重構技術不僅改變傳統CNC插補計算的過程而且改變了其計算模式。但是， 不管是那種方式，都是依照次序一個點接著一個點地計算的，這樣的計算其計算速度只 能依賴計算機自身的運算速度，顯然，技術條件及成本的限制，計算機的計算速度是有 限的，從而制約著數控加工的高速高精度的提高。
發明內容
本發明的目標旨在給出一種可高速計算并能產生高精度結果的、適合于以及芯 片級并行流水可重構計算的CNC插補的一種并行流水計算裝置，以滿足不斷發展的工業需求。本發明的CNC插補的一種并行流水計算裝置是這樣實現的，包括由數個計算單 元CU3構成的并行/流水計算構件CU3B、數據存儲器，
計算單元CU3包括
六個加法器、兩個右移1位的移位器、兩個右移2位的移位器、一個右移3位的移位
器，
β 0數據輸入端分別與A 01數據輸出端、10加法器一個輸入端相連，數據輸入端 分別與10加法器另一個輸入端、11加法器一個輸入端相連，數據輸入端分別與11加 法器另一個輸入端、12加法器一個輸入端相連，A 3數據輸入端分別與12加法器另一個 輸入端、A。1數據輸出端相連，10加法器輸出端分別與16右移1位的移位器輸入端、13 加法器的一個輸入端相連，11加法器輸出端分別與13加法器的另一個輸入端、14加法器 的一個輸入端相連，12加法器輸出端分別與17右移1位的移位器輸入端、14加法器的另 一個輸入端相連，13加法器輸出端分別與18右移2位的移位器的輸入端、15加法器的一 個輸入端相連，14加法器輸出端分別與19右移2位的移位器的輸入端、15加法器的另一 個輸入端相連，15加法器的輸出端與20右移3位的移位器的輸入端相連，16右移1位的 移位器、17右移1位的移位器的輸出端分別與β11數據輸出端、βr1數據輸出端相連，18 右移2位的移位器、19右移2位的移位器分別與β12數據輸出端、βr2數據輸出端相連， 20右移3位的移位器的輸出端分別與β13數據輸出端、β (0.5)數據輸出端、βr3數據 輸出端相連，
上一個計算單元CU3的四個數據輸出端β10數據輸出端、數據輸出端、β11數據 輸出端、β12數據輸出端和四個數據輸出端、β13數據輸出端、βr1數據輸出端、βr2數據輸出端、A /數據輸出端分別與下面兩個計算單元CU3的四個A…3” J32、數據 輸入端相連，從而由2n_l個計算單元CU3構成并行/流水計算構件CU3B，每個計算單 元CU3的A (0.5)數據輸出端與數據存儲器相連。工作時，往最上面的計算單元CU3 輸入伯恩斯坦多項式7: = A a ~ 0' + WQ ~ 05 + 3/3f5(l - 0 + < f < 1中的數據組〈/ 。, ，獲得
第一層成》 第二層圾知、A^)
權利要求
1.一種CNC插補的一種并行流水計算裝置，其特征在于包括由數個計算單元CU3構 成的并行/流水計算構件CU3B、數據存儲器，計算單元CU3包括六個加法器、兩個右移1位的移位器、兩個右移2位的移位器、一個右移3位的移位器，A C1數據輸入端分別與A O1數據輸出端、10加法器一個輸入端相連，A1數據輸入端 分別與10加法器另一個輸入端、11加法器一個輸入端相連，A2數據輸入端分別與11加 法器另一個輸入端、12加法器一個輸入端相連，A3數據輸入端分別與12加法器另一個 輸入端、AJ數據輸出端相連，10加法器輸出端分別與16右移1位的移位器輸入端、13 加法器的一個輸入端相連，11加法器輸出端分別與13加法器的另一個輸入端、14加法器 的一個輸入端相連，12加法器輸出端分別與17右移1位的移位器輸入端、14加法器的另 一個輸入端相連，13加法器輸出端分別與18右移2位的移位器的輸入端、15加法器的一 個輸入端相連，14加法器輸出端分別與19右移2位的移位器的輸入端、15加法器的另一 個輸入端相連，15加法器的輸出端與20右移3位的移位器的輸入端相連，16右移1位的 移位器、17右移1位的移位器的輸出端分別與A11數據輸出端、A J數據輸出端相連，18 右移2位的移位器、19右移2位的移位器分別與A21數據輸出端、數據輸出端相連， 20右移3位的移位器的輸出端分別與A31數據輸出端、β (0.5)數據輸出端、數據 輸出端相連，上一個計算單元CU3的四個數據輸出端Atl1數據輸出端、A11數據輸出端、A21數據 輸出端、A31數據輸出端和四個數據輸出端AJ數據輸出端、數據輸出端、數據 輸出端、數據輸出端分別與下面兩個計算單元CU3的四個Ap βχ、β2、A3數據 輸入端相連，從而由2η-1個計算單元CU3構成并行/流水計算構件CU3B，每個計算單 元CU3的β (0.5)數據輸出端與數據存儲器相連。
2.根據權利要求1所述的CNC插補的一種并行流水計算裝置，其特征在于η29。
3.根據權利要求1或2所述的CNC插補的一種并行流水計算裝置，其特征在于計算 經過每個點的刀具的速度的插補并行流水計算裝置是這樣實現的，包括Τ32計算裝置、 由數個計算單元CU2構成的并行/流水計算構件CU2B、數據存儲器，Τ32計算裝置包括三個減法器、三個3倍乘法器，A C1數據輸入端、A3數據輸入端分別與1減法器其 中一輸入端、3減法器其中一輸入端相連，A1數據輸入端分別與1減法器另一輸入端、2 減法器的一輸入端相連，A2數據輸入端分別與2減法器的另一輸入端、3減法器的另一 輸入端相連，1減法器的輸出端、2減法器的輸出端、3減法器的輸出端分別與三個3倍乘 法器的輸入端相連，三個3倍乘法器的輸出端分別與氏、B1, B2數據輸出端相連，計算單元CU2包括三個加法器、兩個右移1位的移位器、一個右移2位的移位器，Τ32計算裝置的B。數 據輸出端分別與Btl1數據輸出端、6加法器一輸入端相連，Τ32計算裝置的B1數據輸出端 分別與6加法器另一輸入端、7加法器一輸入端相連，Τ32計算裝置的B2數據輸出端分別 與7加法器另一輸入端、BJ數據輸出端相連，6加法器輸出端分別與9右移1位的移位器輸入端、8加法器一輸入端相連，7加法器輸出端分別與11右移1位的移位器輸入端、8 加法器另一輸入端相連，9右移1位的移位器輸出端與B11數據輸出端相連，11右移1位 的移位器輸出端與B/數據輸出端相連，8加法器的輸出端與10右移2位的移位器相連， 10右移2位的移位器的輸出端與B/數據輸出端、B21數據輸出端、B (0.5)數據輸出端 相連，上一個計算單元CU2的三個數據輸出端B;、B11, B21和三個數據輸出端BJ、ΒΛ B/ 與下面兩個計算單元CU2的氏、B1, B2數據輸入端相連，從而由2n-l個計算單元CU2 構成并行/流水計算構件CU2B，每個計算單元CU2的B (0.5)數據輸出端與數據存儲 器相連。
4.根據權利要求3所述的CNC插補的一種并行流水計算裝置，其特征在于n29。
5.根據權利要求1或2所述的CNC插補的一種并行流水計算裝置，其特征在于設置 有B3TC計算單元、CUv2計算單元以及在變量差為l/2n的相鄰兩個CU3計算單元間設 置RCU3計算單元和相應CU3計算單元的變量計算單元，從而形成CU3B- RCU3計算單 元，B3TC計算單元包括六個減法器、兩個三倍乘法器，Ao數據輸入端分別與如輸出端、1減法器一輸入端 相連，A1數據輸入端分別與1減法器另一輸入端、2減法器一輸入端相連，A2數據輸入 端分別與2減法器另一輸入端、3減法器一輸入端相連，A3數據輸入端與3減法器另一 輸入端相連，1減法器輸出端分別與4減法器一輸入端、7三倍乘法器輸入端相連，2減 法器輸出端分別與4減法器另一輸入端、5減法器一輸入端相連，3減法器輸出端與5減 法器另一輸入端相連，4減法器輸出端分別與8三倍乘法器輸入端、6減法器一輸入端相 連，5減法器輸出端與6減法器另一輸入端相連，7三倍乘法器輸出端與ai輸出端相連， 8三倍乘法器輸出端與a2輸出端相連，6減法器與a3輸出端相連，CU172計算計算單元包括六個減法器、三個加法器、兩個三倍乘法器、一個右移3m可變移位器、一個右移 2m可變移位器、一個右移m可變移位器，Atl數據輸入端分別與13加法器一輸入端、3減法器一輸入端相連，A1數據輸入端分別與3減法器另一輸入端、2減法器一輸入端相連，A2數據輸入端 分別與2減法器另一輸入端、1減法器一輸入端相連，A C1數據輸入端與1減法器另一輸入 端相連，3減法器輸出端分別與8三倍乘法器輸入端、5減法器一輸入端相連，2減法器輸 出端分別與5減法器另一輸入端、4減法器一輸入端相連，1減法器輸出端與4減法器另 一輸入端相連，5減法器輸出端分別與7三倍乘法器輸入端、6減法器一輸入端相連，4減 法器輸出端與6減法器另一輸入端相連，m數據輸入端分別與11右移m可變移位器一輸 入端、10右移2m可變移位器一輸入端、9右移3m可變移位器一輸入端相連，8三倍乘法 器輸出端與11右移m可變移位器另一輸入端相連，7三倍乘法器輸出端與10右移2m可 變移位器另一輸入端相連，6減法器輸出端與9右移3m可變移位器另一輸入端相連，11 右移m可變移位器輸出端與13加法器另一輸入端相連，10右移2m可變移位器輸出端、 9右移3m可變移位器輸出端分別與12加法器兩輸入端相連，12加法器輸出端、13加法 器輸出端分別與14加法器兩輸入端相連，14加法器輸出端與A (l/2m)數據輸出端相連，RCU3計算計算單元包括四個暫存器、一個右移m位的移位器、三個加法器、一個F3函數計算器、一個計數 器控制器，β (t0)數據輸出端、β (l/2m)數據輸出端、m數據輸入端、相應CU3計算單 元的變量計算單元的^數據輸出端分別與1暫存器輸入端、2暫存器輸入端、3暫存器輸 入端、4暫存器輸入端相連，1暫存器輸出端、2暫存器輸出端分別與6加法器兩輸入端 相連，3暫存器輸出端分別與5右移m位的移位器輸入端、F3函數計算器輸入端相連， 4暫存器輸出端分別與7加法器一輸入端、F3函數計算器輸入端相連，5右移m位的移 位器輸出端與7加法器另一輸入端，7加法器輸出端4暫存器輸入端相連，6加法器輸出 端、F3函數計算器輸出端分別與8加法器輸入端相連，8加法器輸出端與數據存儲器輸入 端相連，9計數器控制器控制輸出與四個暫存器的控制輸入、三個加法器的控制輸入、F3 函數計算器的控制輸入相連，F3函數計算器包括三個暫存器、一個二倍乘法器、一個三倍乘法器、三個普通乘法器、三個可變右移 位器、兩個加法器、一個減法器，%數據輸出、a2數據輸出、a3數據輸出、RCU3計算計算單元的4暫存器的輸出端 (數據tj、RCU3計算計算單元的3暫存器的輸出端(數據m)分別與2暫存器的輸入 端、4 二倍乘法器輸入端、5三倍乘法器輸入端、1暫存器的輸入端、3暫存器輸入端相 連，4 二倍乘法器輸出端、1暫存器的輸出端分別與6普通乘法器的兩輸入端相連，5三 倍乘法器輸出端、1暫存器的輸出端分別與7普通乘法器的兩輸入端相連，6普通乘法器 輸出端、3暫存器輸出端分別與8可變右移位器的兩輸入端相連，7普通乘法器輸出端、3 暫存器輸出端分別與9可變右移位器的兩輸入端相連，7普通乘法器輸出端、1暫存器輸 出端分別與11普通乘法器的兩輸入端相連，8可變右移位器輸出端、9可變右移位器輸出 端分別與10加法器的兩輸入端相連，11普通乘法器的輸出端、3暫存器輸出端分別與12 可變右移位器輸入端相連，10加法器輸出端、12可變右移位器輸出端分別與13加法器兩 輸入端相連，13加法器輸出端、2暫存器輸出端分別與12加法器兩輸入端相連，12加法 器輸出端為F3函數計算器輸出端。
6.根據權利要求5所述的CNC插補的一種并行流水計算裝置，其特征在于將B3TC計 算單元、CU1/2計算計算單元、相應CU3計算單元的變量計算單元組合成MA計算單元， MA計算單元的輸出分別與各個RCU3計算單元的輸入相連。
7.根據權利要求3所述的CNC插補的一種并行流水計算裝置，其特征在于設置有 B2TQ計算單元、CU"2計算計算單元以及在變量差為l/2n的相鄰兩個CU2計算單元間設 置RCU2計算單元和相應CU2計算單元的變量計算單元，從而形成CU2B- RCU2計算單 元B2TQ計算單元包括三個減法器、一個二倍乘法器，T32計算裝置的B2數據輸出端與2減法器一輸入端相連，T32計算裝置的Btl數據輸 出端分別與Atl數據輸出端、1減法器一輸入端相連，T32計算裝置的B1數據輸出端分別與1減法器另一輸入端、2減法器另一輸入端相連，1減法器輸出端分別與3減法器的一 輸入端、4 二倍乘法器輸入端相連，2減法器輸出端與3減法器的另一輸入端相連，4 二倍 乘法器輸出端、3減法器輸出端分別與A1數據輸出端、A2數據輸出端相連， CU172計算計算單元包括6個減法器、兩個加法器、一個二倍乘法器、一個三倍乘法器、兩個可變移位器， β ο數據輸入端與3減法器一輸入端相連，β χ數據輸入端分別與3減法器另一輸入 端、2減法器一輸入端相連，A2數據輸入端分別與2減法器另一輸入端、1減法器一輸入 端相連，β 3數據輸入端與1減法器另一輸入端相連，1減法器輸出端與4減法器一輸入 端相連，2減法器輸出端分別與4減法器另一輸入端、5減法器一輸入端相連，3減法器 輸出端分別與5減法器另一輸入端、13加法器一輸入端相連，5減法器輸出端分別與7 二 倍乘法器輸入端、6減法器一輸入端相連，4減法器輸出端與6減法器另一輸入端相連， m數據輸入端，m數據輸入端分別與9可變移位器一輸入端、10可變移位器一輸入端相 連，6減法器輸出端、7 二倍乘法器輸出端分別與9可變移位器另一輸入端、10可變移位 器另一輸入端相連，9可變移位器輸出端、10可變移位器輸出端分別與12加法器兩輸入 端相連，12加法器輸出端與13加法器另一輸入端相連，13加法器輸出端與14三倍乘法 器輸入端相連，14三倍乘法器輸出端與A' (l/2m)數據輸出相連， RCU2計算單元包括四個暫存器、一個右移m位的移位器、三個加法器、一個F3函數計算器、一個計數 器控制器，β ‘ (t0)數據輸出端、β' (l/2m)數據輸出端、m數據輸入端、相應CU2計算 單元的變量計算單元的^數據輸出端分別與1暫存器輸入端、2暫存器輸入端、3暫存器 輸入端、4暫存器輸入端相連，1暫存器輸出端、2暫存器輸出端分別與6加法器兩輸入端 相連，3暫存器輸出端分別與5右移m位的移位器輸入端、F2函數計算器輸入端相連， 4暫存器輸出端分別與7加法器一輸入端、F2函數計算器輸入端相連，5右移m位的移 位器輸出端與7加法器另一輸入端，7加法器輸出端4暫存器輸入端相連，6加法器輸出 端、F2函數計算器輸出端分別與8加法器輸入端相連，8加法器輸出端與數據存儲器輸入 端相連，9計數器控制器控制輸出與四個暫存器的控制輸入、三個加法器的控制輸入、F2 函數計算器的控制輸入相連， F2函數計算器包括一個六倍乘法器、一個普通乘法器、2個暫存器、一個可變右移位器、一個減法器， A1數據輸出端、A3數據輸出端、RCU3計算計算單元的4暫存器的輸出端(數據 t0)、RCU3計算計算單元的3暫存器的輸出端(數據m)分別與3暫存器的輸入端、1六 倍乘法器輸入端、2普通乘法器一輸入端、4暫存器的輸入端相連，1六倍乘法器輸出端 與2普通乘法器另一輸入端相連，2普通乘法器輸出端與5可變右移位器一輸入端相連， 4暫存器的輸出端與5可變右移位器另一輸入端相連，3暫存器的輸出端、5可變右移位器 的輸出端分別與6減法器的兩輸入端相連，6減法器的輸出端為F2函數計算器輸出端。
8.根據權利要求7所述的CNC插補的一種并行流水計算裝置，其特征在于將B2TQ 計算單元、CU"2計算計算單元、相應CU2計算單元的變量計算單元組合成MA'計算單 元，MA'計算單元的輸出分別與各個RCU2計算單元的輸入相連。
9.根據權利要求6或7或8所述的CNC插補的一種并行流水計算裝置，其特征在于 設置有CCU3的計算單元，CCU3的計算單元包括三個CU3B或者三個CU3B-RCU3、兩個乘法器、一個加法器、一個減法器、存儲器，BZ0 (t)數據輸出、BZ1 (t)數據輸出、[BZ (t)]⑴數據輸出分別與5CU3B或者 CU3B-RCU3 的輸入端、6 CU3B 或者 CU3B-RCU3 的輸入端、7 CU3B 或者 CU3B-RCU3 的輸入端相連，5CU3B或者CU3B-RCU3輸出端、6 CU3B或者CU3B-RCU3輸出端、7 CU3B或者CU3B-RCU3輸出端分別與1乘法器一輸入端、2乘法器一輸入端、4減法器 一輸入端相連，X)數據輸出、Xj數據輸出分別與1乘法器另一輸入端、2乘法器另一輸 入端相連，1乘法器輸出端、2乘法器輸出端分別與3加法器兩輸入端相連，3加法器輸出 端與4減法器另一輸入端相連，4減法器輸出端與存儲器相連。
10.根據權利要求5所述的CNC插補的一種并行流水計算裝置，其特征在于設置有 CCU3的計算單元，CCU3的計算單元包括三個CU3B或者三個CU3B-RCU3、兩個乘法器、一個加法器、一個減法器、存儲器，BZq (t)數據輸出、BZ1 (t)數據輸出、[BZ (t)]⑴數據輸出分別與5CU3B或者 CU3B-RCU3 的輸入端、6 CU3B 或者 CU3B-RCU3 的輸入端、7 CU3B 或者 CU3B-RCU3 的輸入端相連，5CU3B或者CU3B-RCU3輸出端、6 CU3B或者CU3B-RCU3輸出端、7 CU3B或者CU3B-RCU3輸出端分別與1乘法器一輸入端、2乘法器一輸入端、4減法器 一輸入端相連，X)數據輸出、Xj數據輸出分別與1乘法器另一輸入端、2乘法器另一輸 入端相連，1乘法器輸出端、2乘法器輸出端分別與3加法器兩輸入端相連，3加法器輸出 端與4減法器另一輸入端相連，4減法器輸出端與存儲器相連。
全文摘要
CNC插補的一種并行流水計算裝置，其特征在于包括由數個計算單元CU3構成的并行/流水計算構件CU3B、數據存儲器，計算單元CU3包括六個加法器、兩個右移1位的移位器、兩個右移2位的移位器、一個右移3位的移位器，上一個計算單元CU3的四個數據輸出端β0l數據輸出端、β1l數據輸出端、β2l數據輸出端、β3l數據輸出端和四個數據輸出端β0r數據輸出端、β1r數據輸出端、β2r數據輸出端、β3r數據輸出端分別與下面兩個計算單元CU3的四個β0、β1、β2、β3數據輸入端相連，從而由2n-1個計算單元CU3構成并行/流水計算構件CU3B，每個計算單元CU3的β(0.5)數據輸出端與數據存儲器相連。本發明與已有技術相比，具有可高速計算并能產生高精度結果的、適合于以及芯片級并行流水可重構計算的、能滿足不斷發展的工業需求的優點。
文檔編號G06F7/57GK102023840SQ20101059356
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者王興波 申請人:佛山科學技術學院