专利名称：Cnc插补的一种并行流水计算装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种CNC运行数据的计算装置。
背景技术：
数控加工是当代机械制造的基础工艺之一。数控加工需要借助于数控机床。数控 系统是数控机床的核心部件之一。目前，CNC数控是现代数控系统的不二形式。高速高精 的数控系统是提高加工效率和质量的根本保障。以现场可编程门阵列FPGA为代表的新型 可重构技术不仅改变传统CNC插补计算的过程而且改变了其计算模式。但是，不管是那种 方式，都是依照次序一个点接着一个点地计算的，这样的计算其计算速度只能依赖计算机 自身的运算速度，显然，技术条件及成本的限制，计算机的计算速度是有限的，从而制约着 数控加工的高速高精度的提高。
发明内容本实用新型的目标旨在给出一种可高速计算并能产生高精度结果的、适合于以及 芯片级并行流水可重构计算的CNC插补的一种并行流水计算装置，以满足不断发展的工业需求。本实用新型的CNC插补的一种并行流水计算装置是这样实现的，包括由数个计算 单元CU3构成的并行/流水计算构件CU;3B、数据存储器，计算单元⑶3包括六个加法器、两个右移1位的移位器、两个右移2位的移位器、一个右移3位的移 位器，A C1数据输入端分别与A ？数据输出端、10加法器一个输入端相连，/^数据输入 端分别与10加法器另一个输入端、11加法器一个输入端相连，A2数据输入端分别与11加 法器另一个输入端、12加法器一个输入端相连，A3数据输入端分别与12加法器另一个输 入端、A /数据输出端相连，10加法器输出端分别与16右移1位的移位器输入端、13加法 器的一个输入端相连，11加法器输出端分别与13加法器的另一个输入端、14加法器的一个 输入端相连，12加法器输出端分别与17右移1位的移位器输入端、14加法器的另一个输入 端相连，13加法器输出端分别与18右移2位的移位器的输入端、15加法器的一个输入端相 连，14加法器输出端分别与19右移2位的移位器的输入端、15加法器的另一个输入端相 连，15加法器的输出端与20右移3位的移位器的输入端相连，16右移1位的移位器、17右 移1位的移位器的输出端分别与β /数据输出端、β !r数据输出端相连，18右移2位的移 位器、19右移2位的移位器分别与β 21数据输出端、A /数据输出端相连，20右移3位的移 位器的输出端分别与β 31数据输出端、β (0. 5)数据输出端、β 3r数据输出端相连，上一个计算单元⑶3的四个数据输出端Atl1数据输出端、A /数据输出端、A21数 据输出端、β 31数据输出端和四个数据输出端β οΓ数据输出端、β r数据输出端、β /数据 输出端、A 3r数据输出端分别与下面两个计算单元⑶3的四个A『A ρ A 2、A 3数据输入端相连，从而由2n-l个计算单元CU3构成并行/流水计算构件CU;3B，每个计算单元CU3的β(0.5)数据输出端与数据存储器相连。工作时，往最上面的计算单元⑶3输入伯恩斯坦多项式
权利要求1.一种CNC插补的一种并行流水计算装置，其特征在于包括由数个计算单元CU3构成 的并行/流水计算构件CU;3B、数据存储器，计算单元⑶3包括六个加法器、两个右移1位的移位器、两个右移2位的移位器、一个右移3位的移位器，A ο数据输入端分别与Aci1数据输出端、10加法器一个输入端相连，A1数据输入端分 别与10加法器另一个输入端、11加法器一个输入端相连，A2数据输入端分别与11加法器 另一个输入端、12加法器一个输入端相连，β 3数据输入端分别与12加法器另一个输入端、 β0τ数据输出端相连，10加法器输出端分别与16右移1位的移位器输入端、13加法器的一 个输入端相连，11加法器输出端分别与13加法器的另一个输入端、14加法器的一个输入端 相连，12加法器输出端分别与17右移1位的移位器输入端、14加法器的另一个输入端相 连，13加法器输出端分别与18右移2位的移位器的输入端、15加法器的一个输入端相连， 14加法器输出端分别与19右移2位的移位器的输入端、15加法器的另一个输入端相连，15 加法器的输出端与20右移3位的移位器的输入端相连，16右移1位的移位器、17右移1位 的移位器的输出端分别与β /数据输出端、β !r数据输出端相连，18右移2位的移位器、19 右移2位的移位器分别与A21数据输出端、β;数据输出端相连，20右移3位的移位器的 输出端分别与A31数据输出端、β (0. 5)数据输出端、A /数据输出端相连，上一个计算单元⑶3的四个数据输出端β ο1数据输出端、A /数据输出端、A /数据输 出端、A31数据输出端和四个数据输出端β:数据输出端、AJ数据输出端、β ^数据输出 端、A /数据输出端分别与下面两个计算单元⑶3的四个A ρ A ρ A 2、A 3数据输入端相连， 从而由2n-l个计算单元CU3构成并行/流水计算构件CU;3B，每个计算单元CU3的β (0.5)数据输出端与数据存储器相连。
2.根据权利要求1所述的CNC插补的一种并行流水计算装置，其特征在于η> 9。
3.根据权利要求1或2所述的CNC插补的一种并行流水计算装置，其特征在于计算经 过每个点的刀具的速度的插补并行流水计算装置是这样实现的，包括Τ32计算装置、由数 个计算单元CU2构成的并行/流水计算构件CU2B、数据存储器，Τ32计算装置包括三个减法器、三个3倍乘法器，β ο数据输入端、β 3数据输入端分别与1减法器其中一 输入端、3减法器其中一输入端相连，β χ数据输入端分别与1减法器另一输入端、2减法器 的一输入端相连，A2数据输入端分别与2减法器的另一输入端、3减法器的另一输入端相 连，1减法器的输出端、2减法器的输出端、3减法器的输出端分别与三个3倍乘法器的输入 端相连，三个3倍乘法器的输出端分别与B。B1^B2数据输出端相连，计算单元⑶2包括三个加法器、两个右移1位的移位器、一个右移2位的移位器，Τ32计算装置的Btl数据 输出端分别与Btl1数据输出端、6加法器一输入端相连，Τ32计算装置的B1数据输出端分别 与6加法器另一输入端、7加法器一输入端相连，Τ32计算装置的化数据输出端分别与7加 法器另一输入端、B0r数据输出端相连，6加法器输出端分别与9右移1位的移位器输入端、 8加法器一输入端相连，7加法器输出端分别与11右移1位的移位器输入端、8加法器另一 输入端相连，9右移1位的移位器输出端与B11数据输出端相连，11右移1位的移位器输出 端与B^数据输出端相连，8加法器的输出端与10右移2位的移位器相连，10右移2位的移位器的输出端与B/数据输出端、B21数据输出端、B (0.5)数据输出端相连，上一个计算单元⑶2的三个数据输出端Bci1A11A21和三个数据输出端B^BJj/与下 面两个计算单元CU2的B。B1, B2数据输入端相连，从而由2η-1个计算单元CU2构成并行/ 流水计算构件CU2B，每个计算单元CU2的B (0. 5)数据输出端与数据存储器相连。
4.根据权利要求3所述的CNC插补的一种并行流水计算装置，其特征在于η> 9。
5.根据权利要求1或2所述的CNC插补的一种并行流水计算装置，其特征在于设置有 B3TC计算单元、⑶1/2计算单元以及在变量差为1/2η的相邻两个⑶3计算单元间设置RCU3 计算单元和相应CU3计算单元的变量计算单元，从而形成CTOB- RCU3计算单元，B3TC计算单元包括六个减法器、两个三倍乘法器，Ao数据输入端分别与％输出端、1减法器一输入端相 连，β ！数据输入端分别与1减法器另一输入端、2减法器一输入端相连，A2数据输入端分 别与2减法器另一输入端、3减法器一输入端相连，β 3数据输入端与3减法器另一输入端 相连，1减法器输出端分别与4减法器一输入端、7三倍乘法器输入端相连，2减法器输出端 分别与4减法器另一输入端、5减法器一输入端相连，3减法器输出端与5减法器另一输入 端相连，4减法器输出端分别与8三倍乘法器输入端、6减法器一输入端相连，5减法器输出 端与6减法器另一输入端相连，7三倍乘法器输出端与％输出端相连，8三倍乘法器输出端 与 输出端相连，6减法器与 输出端相连，⑶1/2计算计算单元包括六个减法器、三个加法器、两个三倍乘法器、一个右移:3m可变移位器、一个右移an可变 移位器、一个右移m可变移位器，Atl数据输入端分别与13加法器一输入端、3减法器一输入端相连，β ！数据输入端分别与3减法器另一输入端、2减法器一输入端相连，β 2数据输入端分 别与2减法器另一输入端、1减法器一输入端相连，A C1数据输入端与1减法器另一输入端 相连，3减法器输出端分别与8三倍乘法器输入端、5减法器一输入端相连，2减法器输出端 分别与5减法器另一输入端、4减法器一输入端相连，1减法器输出端与4减法器另一输入 端相连，5减法器输出端分别与7三倍乘法器输入端、6减法器一输入端相连，4减法器输出 端与6减法器另一输入端相连，m数据输入端分别与11右移m可变移位器一输入端、10右 移an可变移位器一输入端、9右移: 可变移位器一输入端相连，8三倍乘法器输出端与11 右移m可变移位器另一输入端相连，7三倍乘法器输出端与10右移an可变移位器另一输入 端相连，6减法器输出端与9右移: 可变移位器另一输入端相连，11右移m可变移位器输 出端与13加法器另一输入端相连，10右移an可变移位器输出端、9右移: 可变移位器输 出端分别与12加法器两输入端相连，12加法器输出端、13加法器输出端分别与14加法器 两输入端相连，14加法器输出端与β (l/2m)数据输出端相连，RCU3计算计算单元包括四个暂存器、一个右移m位的移位器、三个加法器、一个F3函数计算器、一个计数器控 制器，β Utl)数据输出端、A (l/2m)数据输出端、m数据输入端、相应CU3计算单元的变量 计算单元的、数据输出端分别与1暂存器输入端、2暂存器输入端、3暂存器输入端、4暂存 器输入端相连，1暂存器输出端、2暂存器输出端分别与6加法器两输入端相连，3暂存器输出端分别与5右移m位的移位器输入端、F3函数计算器输入端相连，4暂存器输出端分别与 7加法器一输入端、F3函数计算器输入端相连，5右移m位的移位器输出端与7加法器另一 输入端，7加法器输出端4暂存器输入端相连，6加法器输出端、F3函数计算器输出端分别 与8加法器输入端相连，8加法器输出端与数据存储器输入端相连，9计数器控制器控制输 出与四个暂存器的控制输入、三个加法器的控制输入、F3函数计算器的控制输入相连， F3函数计算器包括三个暂存器、一个二倍乘法器、一个三倍乘法器、三个普通乘法器、三个可变右移位器、 两个加法器、一个减法器，a0数据输出、a2数据输出、a3数据输出、RCU3计算计算单元的4暂存器的输出端(数据 t0), RCU3计算计算单元的3暂存器的输出端(数据m)分别与2暂存器的输入端、4 二倍乘 法器输入端、5三倍乘法器输入端、1暂存器的输入端、3暂存器输入端相连，4 二倍乘法器输 出端、1暂存器的输出端分别与6普通乘法器的两输入端相连，5三倍乘法器输出端、1暂存 器的输出端分别与7普通乘法器的两输入端相连，6普通乘法器输出端、3暂存器输出端分 别与8可变右移位器的两输入端相连，7普通乘法器输出端、3暂存器输出端分别与9可变 右移位器的两输入端相连，7普通乘法器输出端、1暂存器输出端分别与11普通乘法器的两 输入端相连，8可变右移位器输出端、9可变右移位器输出端分别与10加法器的两输入端相 连，11普通乘法器的输出端、3暂存器输出端分别与12可变右移位器输入端相连，10加法器 输出端、12可变右移位器输出端分别与13加法器两输入端相连，13加法器输出端、2暂存器 输出端分别与12加法器两输入端相连，12加法器输出端为F3函数计算器输出端。
6.根据权利要求5所述的CNC插补的一种并行流水计算装置，其特征在于将B3TC计算 单元、CU172计算计算单元、相应CU3计算单元的变量计算单元组合成MA计算单元，MA计算 单元的输出分别与各个RCU3计算单元的输入相连。
7.根据权利要求3所述的CNC插补的一种并行流水计算装置，其特征在于设置有B2TQ 计算单元、CU172计算计算单元以及在变量差为l/2n的相邻两个CU2计算单元间设置RCU2 计算单元和相应CU2计算单元的变量计算单元，从而形成CU2B- RCU2计算单元B2TQ计算单元包括 三个减法器、一个二倍乘法器，T32计算装置的化数据输出端与2减法器一输入端相连，T32计算装置的Btl数据输出 端分别与A0数据输出端、1减法器一输入端相连，T32计算装置的B1数据输出端分别与1减 法器另一输入端、2减法器另一输入端相连，1减法器输出端分别与3减法器的一输入端、4 二倍乘法器输入端相连，2减法器输出端与3减法器的另一输入端相连，4 二倍乘法器输出 端、3减法器输出端分别与A1数据输出端、A2数据输出端相连， ⑶1/2计算计算单元包括6个减法器、两个加法器、一个二倍乘法器、一个三倍乘法器、两个可变移位器， β ο数据输入端与3减法器一输入端相连，β χ数据输入端分别与3减法器另一输入端、 2减法器一输入端相连，A2数据输入端分别与2减法器另一输入端、1减法器一输入端相 连，β 3数据输入端与1减法器另一输入端相连，1减法器输出端与4减法器一输入端相连， 2减法器输出端分别与4减法器另一输入端、5减法器一输入端相连，3减法器输出端分别与 5减法器另一输入端、13加法器一输入端相连，5减法器输出端分别与7 二倍乘法器输入端、6减法器一输入端相连，4减法器输出端与6减法器另一输入端相连，m数据输入端，m数据 输入端分别与9可变移位器一输入端、10可变移位器一输入端相连，6减法器输出端、7 二倍 乘法器输出端分别与9可变移位器另一输入端、10可变移位器另一输入端相连，9可变移位 器输出端、10可变移位器输出端分别与12加法器两输入端相连，12加法器输出端与13加 法器另一输入端相连，13加法器输出端与14三倍乘法器输入端相连，14三倍乘法器输出端 与β ‘ (l/2m)数据输出相连， RCU2计算单元包括四个暂存器、一个右移m位的移位器、三个加法器、一个F3函数计算器、一个计数器控 制器，β ‘ Utl)数据输出端、A ‘ (l/2m)数据输出端、m数据输入端、相应⑶2计算单元的变 量计算单元的、数据输出端分别与1暂存器输入端、2暂存器输入端、3暂存器输入端、4暂 存器输入端相连，1暂存器输出端、2暂存器输出端分别与6加法器两输入端相连，3暂存器 输出端分别与5右移m位的移位器输入端、F2函数计算器输入端相连，4暂存器输出端分别 与7加法器一输入端、F2函数计算器输入端相连，5右移m位的移位器输出端与7加法器另 一输入端，7加法器输出端4暂存器输入端相连，6加法器输出端、F2函数计算器输出端分 别与8加法器输入端相连，8加法器输出端与数据存储器输入端相连，9计数器控制器控制 输出与四个暂存器的控制输入、三个加法器的控制输入、F2函数计算器的控制输入相连，F2函数计算器包括一个六倍乘法器、一个普通乘法器、2个暂存器、一个可变右移位器、一个减法器，A1数据输出端、A 3数据输出端、RCU3计算计算单元的4暂存器的输出端(数据‘\RCU3 计算计算单元的3暂存器的输出端(数据m)分别与3暂存器的输入端、1六倍乘法器输入 端、2普通乘法器一输入端、4暂存器的输入端相连，1六倍乘法器输出端与2普通乘法器另 一输入端相连，2普通乘法器输出端与5可变右移位器一输入端相连，4暂存器的输出端与5 可变右移位器另一输入端相连，3暂存器的输出端、5可变右移位器的输出端分别与6减法 器的两输入端相连，6减法器的输出端为F2函数计算器输出端。
8.根据权利要求7所述的CNC插补的一种并行流水计算装置，其特征在于将B2TQ计算 单元、CU172计算计算单元、相应CU2计算单元的变量计算单元组合成MA'计算单元，MA'计 算单元的输出分别与各个RCU2计算单元的输入相连。
9.根据权利要求6或7或8所述的CNC插补的一种并行流水计算装置，其特征在于设 置有(XU3的计算单元，(XU3的计算单元包括三个⑶:3B或者三个⑶!3B-RCU3、两个乘法器、一个加法器、一个减法器、存储器，BZ。(t)数据输出、数据输出、[BZ(t)](j)数据输出分别与5CU;3B或者CU;3B-RCU3 的输入端、6⑶:3B或者⑶!3B-RCU3的输入端、7⑶或者⑶!3B-RCU3的输入端相连，5⑶ 或者CU;3B-RCU3输出端、6 CU!3B或者CU!3B-RCU3输出端、7 CU!3B或者CU!3B-RCU3输出端分 别与1乘法器一输入端、2乘法器一输入端、4减法器一输入端相连，X彳数据输出、Xi+/数据 输出分别与1乘法器另一输入端、2乘法器另一输入端相连，1乘法器输出端、2乘法器输出 端分别与3加法器两输入端相连，3加法器输出端与4减法器另一输入端相连，4减法器输 出端与存储器相连。
10.根据权利要求5所述的CNC插补的一种并行流水计算装置，其特征在于设置有(XU3的计算单元，(XU3的计算单元包括三个⑶:3B或者三个⑶!3B-RCU3、两个乘法器、一个加法器、一个减法器、存储器， BZ。(t)数据输出、数据输出、[BZ(t)](j)数据输出分别与5CU;3B或者CU;3B-RCU3 的输入端、6⑶:3B或者⑶!3B-RCU3的输入端、7⑶或者⑶!3B-RCU3的输入端相连，5⑶ 或者CU;3B-RCU3输出端、6 CU!3B或者CU!3B-RCU3输出端、7 CU!3B或者CU!3B-RCU3输出端分 别与1乘法器一输入端、2乘法器一输入端、4减法器一输入端相连，X彳数据输出、Xi+/数据 输出分别与1乘法器另一输入端、2乘法器另一输入端相连，1乘法器输出端、2乘法器输出 端分别与3加法器两输入端相连，3加法器输出端与4减法器另一输入端相连，4减法器输 出端与存储器相连。
专利摘要CNC插补的一种并行流水计算装置，其特征在于包括由数个计算单元CU3构成的并行/流水计算构件CU3B、数据存储器，计算单元CU3包括六个加法器、两个右移1位的移位器、两个右移2位的移位器、一个右移3位的移位器，上一个计算单元CU3的四个数据输出端β0l数据输出端、β1l数据输出端、β2l数据输出端、β3l数据输出端和四个数据输出端β0r数据输出端、β1r数据输出端、β2r数据输出端、β3r数据输出端分别与下面两个计算单元CU3的四个β0、β1、β2、β3数据输入端相连，从而由2n-1个计算单元CU3构成并行/流水计算构件CU3B，每个计算单元CU3的β(0.5)数据输出端与数据存储器相连。本实用新型与已有技术相比，具有可高速计算并能产生高精度结果的、适合于以及芯片级并行流水可重构计算的、能满足不断发展的工业需求的优点。
文档编号G06F7/57GK201892938SQ201020665718
公开日2011年7月6日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者王兴波 申请人:佛山科学技术学院