基于FPGA的NURBS曲线插补设计与实现.pdf

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1、2013年1月机床与液压Jan．2013第41卷第1期MACHINET0OL&HYDRAULICSV01．41No．1DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．O1．032基于FPGA的NURBS曲线插补设计与实现童加加’，闵华松，陈友东(1．武汉科技大学计算机学院，湖北武汉430065；2．北京航空航天大学机械学院，北京100191)摘要：基于现场可编程门阵列(FPGA)，以Cox—deBoor递推插补算法为基础，对NURBS曲线插补的FPGA实现方法做了深入探究。将基于Cox—deBoor的NURBS曲线插补映射到FPGA中实现，同时注重并行处理和

2、流水线等基本设计技巧，相比基于Pc或者DSP结构的串行计算，极大地提高了NURBS插补的运算速度。在不改变算法结构的前提下，该方法也可用于B样条曲线和Bezier曲线。仿真和实验结果表明，利用FPGA可显著改善NURBS插补的运算速度。关键词：FPGA；NURBS曲线插补；并行计算；Cox—deBoor递推算法中图分类号：TP331；TP338文献标识码：B文章编号：1001—3881(2013)1—111—3DesignandImplementationofNURBSInterpolationwithFPGADeviceTONGJiajia，MINHuasong，CHENYo

3、udong(1．SchoolofComputerScienceandTechnology，WuhanUniversityofScienceandTechnology，WuhanHubei430065。China：2．SchoolofMechanicalEngineering，BeihangUniversity，Beijing100191，China)Abstract：Basedonfieldprogrammablegatearray(FPGA)andCox-deBooralgorithm，anin—depthexplorationoftheFPGAimplementationf

4、orNURBSCHIVeinterpolationwasdone．NURBScurveinterpolationbasedonCox—deBoorwasmappedtotheFPGAtoimplement．Meanwhile，thebasicdesignskills，suchasparallelprocessingandpipelining，werefocusedon．Comparingtoserialcom—putationunderPCorDSParchitectures，thisexcogitationgreatlyimprovestheprocessingspeed．I

5、tisalsocompatiblewithB-splineandBezierinterpolationwithoutchangingthealgorithmarchitecture．Simulationsandexperimentalresultsverifythecomputationperform—anceoftheFPGA—baseddesign．Keywords：FPGA；NURBSinterpolator；Parallelcomputation；Cox—deBooralgorithmNURBS方法因其在复杂几何造型方面的诸多优文中提出了基于FPGA的实时NURBS曲线

6、插补。势，在CAD／CAM中得到越来越广泛的应用。对于高利用FPGA的并行计算能力，采用无需计算基函数的速高精CNC系统，NURBS插补技术显得尤为重要。Cox-deBoor算法来实现实时NURBS插补，这种实现基于普通PC加DSP结构的运动控制器在实现NURBS方式随着维数的增加也具有很好的实时性。通过仿真插补时，由于计算的复杂性，在一个较小的采样周期和实验证明了这种基于FPGA的NURBS曲线插补具内(比如1ms)，很难完成NURBS插补⋯。TSAI等有很好的计算能力。发现计算一个NURBS曲面插补和伺服控制时，总共1NURBS曲线和插补算法需要4ms，而NURBS插补计算

7、就需要3．8ms，占了1．1NURBS曲线的数学表达式95％的计算时间。GOPI等提出了基础功能评价阵NURBS曲线可以用分段有理B样条多项式定义，列(BFEA)方法，在VLSI架构下减少B样条基函其表达形式如下：数的计算时间。显然，对于高速度高精度的运动控制器来说，NURBS占用了太多的时间。由于出色的并行计算能力和灵活的编程能力，可考虑用FPGA来P㈩()=}——一：=(1)wiN()叭实现NURBS插补。有些研究者也用FPGA实现NURBS插补，但并没有对计算速率做出分析，也没其中：W