統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的浮點(diǎn)除法和開(kāi)方運(yùn)算單元的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、在圖像處理、科學(xué)計(jì)算、信號(hào)處理等應(yīng)用中，一般包含大量的浮點(diǎn)運(yùn)算操作，硬件支持浮點(diǎn)運(yùn)算在高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)和移動(dòng)應(yīng)用中逐漸成為了關(guān)鍵屬性。在過(guò)去的發(fā)展中，加法和乘法的硬件實(shí)現(xiàn)已經(jīng)越來(lái)越高效，而對(duì)于除法和其他基本函數(shù)如開(kāi)方的支持仍然滯后。本文分析研究了幾種除法和開(kāi)方的典型硬件實(shí)現(xiàn)算法，結(jié)合X-DSP的硬件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了基于Goldschmidt算法的統(tǒng)一浮點(diǎn)除法開(kāi)方運(yùn)算單元和基于SRT-8算法的統(tǒng)一浮點(diǎn)除法開(kāi)方運(yùn)算單元。分析對(duì)比兩種

2、實(shí)現(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)其各自的適用情況選擇基于SRT-8算法的設(shè)計(jì)在X-DSP中實(shí)現(xiàn)。
　　論文首先設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于Goldschmidt算法的統(tǒng)一浮點(diǎn)除法和開(kāi)方運(yùn)算單元。通過(guò)對(duì)查找表算法的分析，運(yùn)算單元中采用雙向查表技術(shù)和直接查表技術(shù)，分別確定除法和開(kāi)方的迭代初值。在迭代運(yùn)算單元增加迭代控制邏輯，實(shí)現(xiàn)迭代單元內(nèi)部乘法器的全流水，提高運(yùn)算吞吐率。通過(guò)復(fù)用X-DSP中已有的乘法器大幅度降低設(shè)計(jì)的硬件開(kāi)銷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種實(shí)現(xiàn)運(yùn)算速度快，

3、面積開(kāi)銷小，但是其影響乘法運(yùn)算性能，并且難以支持4種舍入模式。因此，論文提出了基于SRT-8算法的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的浮點(diǎn)除法和開(kāi)方運(yùn)算單元，采用獨(dú)立的尾數(shù)運(yùn)算單元和規(guī)格化單元結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的迭代指令和規(guī)格化指令，將較長(zhǎng)的迭代過(guò)程分割，避免了使用長(zhǎng)周期指令實(shí)現(xiàn)除法和開(kāi)方時(shí)對(duì)處理器產(chǎn)生的不利影響。尾數(shù)運(yùn)算單元采用并行結(jié)構(gòu)降低迭代延遲，改進(jìn)傳統(tǒng)的商飛速轉(zhuǎn)換技術(shù)，降低其邏輯復(fù)雜性。最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析這種實(shí)現(xiàn)的性能和開(kāi)銷。
　　分析比較兩種實(shí)現(xiàn)，