浮点单元超越函数的硬件实现及其优化

发布时间：2020-05-11 16:21

【摘要】：结合西北工业大学航空微电子中心所承担的某国家项目，作者参加了“龙腾”C2微处理器的设计与实现，主要负责浮点处理单元的结构设计和浮点超越函数的设计与实现。 “龙腾”C2微处理器与Intel 80486DX4指令系统兼容，支持IEEE754标准的单精度、双精度和扩展精度的浮点基本函数和超越函数的运算。论文的主要工作如下： 1．在分析浮点指令的基础上，根据指令的特点和功能对浮点处理单元进行模块化分。 2．分析浮点超越函数的各种实现算法，并重点讨论了HP CORDIC算法及其流程，设计了超越函数实现的总体结构。 3．完成超越函数实现的数据路径设计，主要包括加法器、移位器、常数ROM和旋转控制逻辑，同时针对“龙腾”C2微处理器的性能要求对各个部件进行优化设计。 4．完成了超越函数实现的控制路径设计，主要包括控制路径的整体结构设计、每条超越函数指令的控制过程及状态转换、使用比较频繁的宏操作的控制过程和浮点异常的检测过程。 5．完成了浮点超越函数的验证和逻辑综合，主要验证内容包括单模块的验证、模块联合验证和系统验证。通过验证和逻辑综合的结果表明，，浮点超越函数的运算精度和速度均满足“龙腾”C2微处理器的设计要求，主频达到143MHz。其后端设计由Cadence公司协助完成。
【图文】：

体系结构图,体系结构,单元,浮点处理单元

指令和 HPCORDIC算法对浮点单元进行了模块的划分。2.1“龙腾”CZ微处理器结构图2一1是“龙腾”CZ微处理器的体系结构图。从图上可以看到，包括一个总线接口单元 BIU(BusInterfaceUnit)，一个时钟和复位控制单元 CRU(clockResetUnit)，一个存储管理单元MMU(Memo砂ManagementU址t)，一个数据和指令混合的CACHE单元 UCu(UnifiedCacheUait)，一个整数处理单元IEU(Integer ExeeutionUnit)，一个指令译码器 IDU(InstructionDeeoderUnit)，一个浮点处理单元FpU(Floating一 pointUnit)

数据路径,双通路,路径,硬件资源

同样存在硬件资源浪费的问题。根据前面三通路和双通路结构的分析，知道这两种结构在不同程度上都存在着硬件资源浪费的情况。综合考虑，将双通路结构减少一条通路，使得成为单通路结构，如图3一3所示。图3一3单通路结构通过前面的分析可知，使用单通路结构实现 HPCORDIC算法不会存在硬件资源的空闲。虽然和双通路结构比较，运算速度会有所降低，但是“龙腾”CZ微处理器的主频要求是133MHz，使用单通路结构可以满足这个要求，同时还节省了面积，减少了硬件资源的浪费。图3一4是采用单通路结构实现的数据路径图。从图上看到，浮点超越函数实现的数据路径主要分成了三大部分，一是指数路径;二是尾数路径:三是符号路径。尾数路径主要的部件是加法器、移位器和常数ROM;指数路径主要的部件是加法器:符号路径主要的部件是CORDIC的旋转控制逻辑 Cordicindex;每条路径上
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP332.3

【引证文献】