X-DSP中初等函数计算引擎的设计与实现

发布时间：2021-06-30 17:50

　　X-DSP是一款我国自主研发的64位数据位宽的多核通用数字信号处理器,广泛应用于高性能计算、图像和视频的处理等领域,但其浮点基本函数运算单元的发展相对缓慢,仍然有很高的提升空间。论文依托X-DSP项目,旨在改进其内核运算部件中的浮点运算单元。主要工作包括:1.完成了基于Chebyshev插值多项式算法逼近单精度浮点初等函数设计。基于Chebyshev插值多项式算法,通过分析各单精度浮点函数分段多项式逼近的参数,包括多项式项数和检索位宽,确定了以三次四项多项式分段逼近各浮点初等函数。整体结构共分三大模块:预处理模块、多项式计算、后处理模块。通过设计其中的关键模块如基4booth算法乘法器、数前导0模块、4-2加法器、基于CSD算法的/2?常系数乘法器,完成整体硬件结构设计。2.完成了SIMD结构的半精度浮点初等函数计算模块设计。在Chebyshev插值多项式算法计算单精度浮点函数基础上,通过分析各半精度浮点函数分段多项式逼近的参数,确定了以二次三项多项式分段逼近各半精度浮点初等函数并实现其整体硬件结构。通过合理的分配使用乘法器,合理设计数前导0模块和4-2加法器模块,实现了SIMD结构的... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 浮点初等函数计算的背景
        1.1.1 浮点初等函数计算的意义
        1.1.2 课题来源
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文的创新点
    1.4 论文的组织结构
第二章 分段多项式逼近初等函数算法及分析
    2.1 浮点数据格式
        2.1.1 浮点数据表示原理
        2.1.2 各精度浮点数据格式划分
    2.2 分段多项式逼近初等函数算法
        2.2.1 基于Chebyshev算法的分段多项式逼近初等函数算法
        2.2.2 多项式逼近各精度浮点初等函数比较
    2.3 多级查找与Taylor结合的对数函数算法
        2.3.1 多项式逼近对数函数精度分析
        2.3.2 多级查找与Taylor结合算法
    2.4 本章小结
第三章 X-DSP分段多项式逼近浮点初等函数的设计与实现
    3.1 多项式逼近单精度初等函数设计
        3.1.1 整体硬件结构
        3.1.2 多项式逼近单精度浮点函数算法参数分析
        3.1.3 初等函数预处理
        3.1.4 单精度浮点函数多项式计算模块
        3.1.5 初等函数后处理
        3.1.6 对数函数通路设计
        3.1.7 单精度浮点函数硬件结构
    3.2 多项式逼近半精度浮点函数硬件设计
        3.2.1 半精度浮点函数通路参数分析
        3.2.2 半精度浮点函数多项式计算模块
        3.2.3 SIMD结构半精度浮点初等函数硬件结构
        3.2.4 两种精度的浮点函数硬件复用
    3.3 关键模块的设计与实现
        3.3.1 32位定点带符号乘法器的设计
        3.3.2 4-2加法器的设计
        3.3.3 2/π常系数乘法器的设计
        3.3.4 数前导0模块设计
    3.4 本章小结
第四章 X-DSP初等函数计算引擎设计的验证与综合
    4.1 单精度浮点函数计算精度分析与性能分析
        4.1.1 单精度浮点函数计算验证结果
        4.1.2 单精度浮点函数模块综合结果
    4.2 SIMD结构半精度浮点初等函数计算模块性能分析
        4.2.1 半精度浮点初等函数计算验证结果
        4.2.2 SIMD结构半精度浮点函数模块模块综合结果
    4.3 对数函数经过特殊处理后的精度验证
    4.4 使用spyglass软件进行整体硬件模块的功耗分析
    4.5 本章小结
第五章 结论
    5.1 论文工作总结
    5.2 未来工作展望
参考文献
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CORDIC的浮点超越函数设计与实现[J]. 宋晨阳,李涛,牛志璐,李卯良.  信息技术. 2017(09)
[2]分段三次多项式逼近初等函数的硬件实现[J]. 曹广界,杜慧敏,王鹏超,杜琴琴,丁家隆.  计算机辅助设计与图形学学报. 2016(01)
[3]超越函数FPGA计算的最佳等距分段线性逼近方法[J]. 王少军,张启荣,彭宇,彭喜元.  仪器仪表学报. 2014(06)
[4]基于修正BOOTH编码的32×32位乘法器[J]. 崔晓平.  电子测量技术. 2007(01)

硕士论文
[1]FT-XDSP高性能64位定点SIMD乘加部件的设计与实现[D]. 成兴华.国防科学技术大学 2013
[2]高性能64位并行整数乘法器全定制设计与实现[D]. 董兰飞.国防科学技术大学 2006



本文编号：3258204