单、双、扩展精度自适应浮点乘、除和开方运算单元的实现

发布时间：2022-12-18 20:45

　　在当代的处理器设计中,通常使用专用部件来进行浮点计算,即浮点运算单元（FPU）。高精度计算、图形加速、数字信号处理等应用对浮点处理的要求越来越高,因此,FPU也成为当代微处理器中一个重要组成部分。由于集成电路技术的发展,芯片的集成密度大大提高,浮点运算能力成为继频率后评价CPU性能的又一重要指标。浮点运算能力的高低不仅决定了该CPU的性能,而且决定了该CPU的应用领域,如何提高FPU的性能早已成为一个重要的研究课题。 本文从浮点格式标准出发,分析了浮点乘、除和开方的运算原理和计算公式,并在深入研究了基于牛顿迭代的Goldschmidt算法之后,设计并实现了高速浮点除法和开方运算单元,并成功的将浮点乘法运算融入其中,实现了乘法器的复用。本文所设计单元,支持单、双、扩三种浮点精度格式,除法运算分别需要15、19、23个周期,开方运算分别需要19、26、34个周期,乘法运算无论何种精度均只需5周期。在功能上,该单元可以完成浮点乘、除和开方等多种运算。在硬件实现上,该单元采用ASIC的全定制电路设计方法,使用smic 0.13微米的单元库进行仿真验证,最终主频可以达到380MHZ。 

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 Intel 8087、80287、80387、80486
        1.2.2 Intel Pentium
        1.2.3 Intel 80860(i860)
        1.2.4 HARP(Hitachi Advanced RISC Processor)
        1.2.5 PowerPC系列处理
        1.2.6 IBM RS/6000
        1.2.7 MIPS系列产品
        1.2.8 Super SPARC
    1.3 论文内容及结构
第2章 浮点格式分析
    2.1 浮点格式与精度
    2.2 浮点的舍入方式
    2.3 浮点的异常处理
第3章 浮点乘、除、开方算法研究
    3.1 浮点乘法算法
    3.2 浮点除法算法
    3.3 浮点开方算法
第4章 浮点乘、除和开方运算单元的设计与实现
    4.1 整体设计
    4.2 符号的判定
    4.3 阶码的计算
        4.3.1 阶码修正值产生
        4.3.2 阶码的压缩和相加
        4.3.3 下溢判断原理
        4.3.4 上溢判断原理
    4.4 查找表的设计
    4.5 加法器的设计
        4.5.1 四位加法单元的设计
        4.5.2 进位链的设计
    4.6 乘法器的设计
        4.6.1 BOOTH译码
        4.6.2 Wallaee压缩
        4.6.3 部分积加法器
    4.7 舍入异常与规格化
    4.8 时序控制与描述
第5章 浮点单元测试
    5.1 测试流程
    5.2 详细设计
    5.3 数据分析
        5.3.1 levell
        5.3.2 level2
        5.3.3 forever
    5.4 使用说明
第6章 结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]高速流水线浮点加法器的FPGA实现[J]. 王晓莉,黄伟,王典洪.  电子元器件应用. 2009(04)
[2]高速流水线浮点加法器的FPGA实现[J]. 王晓莉,黄伟,王典洪.  电子元器件应用. 2009 (04)
[3]FPGA中浮点乘法器的实现[J]. 金美华,宋万杰,吴顺君.  火控雷达技术. 2008(01)
[4]基于VHDL的浮点算法研究[J]. 夏阳,邹莹.  计算机仿真. 2007(04)
[5]一种浮点乘法器的参数化设计[J]. 蒋华,袁红林,徐晨.  信息与电子工程. 2006(05)
[6]浮点乘累加处理单元的FPGA实现[J]. 金席,高小鹏,龙翔.  计算机与数字工程. 2006(10)
[7]高速浮点乘法器设计[J]. 吴金,应征.  电路与系统学报. 2005(06)
[8]求补舍入并行和位长自适应整数转浮点数电路设计[J]. 夏宏,曲英杰,王沁.  计算机研究与发展. 2001(09)
[9]浮点加法器电路设计算法的研究[J]. 夏宏,吴克河,李占才.  计算机工程与应用. 2001(13)
[10]浮点开方运算单元的电路设计[J]. 夏宏,李笑盈,王攻本.  计算机工程与应用. 2001(11)



本文编号：3722735