基于FPGA的雙精度浮點矩陣運算單元設計.pdf

1、為適應未來信息化戰(zhàn)爭的需要，導彈武器系統(tǒng)將采用更先進的導航制導控制技術，如多模復合導航制導、更加復雜的誤差補償算法、在多源信號采集處理中廣泛采用的數(shù)字濾波等等。目前主要依靠通用DSP構建彈上計算機進行相關的信息處理，難以滿足多種類高性能計算的要求。若將一些復雜的導航算法在硬件層面上實現(xiàn)，將大大提高導彈導航控制系統(tǒng)的實時性、精度和可靠性。
　　本論文首先查閱相關文獻資料，分析研究常用的捷聯(lián)慣性導航算法，確立了設計雙精度浮點矩陣運算I

2、P核的具體方案，并對各個運算模塊進行了劃分。其次，對浮點運算器設計方法進行了深入研究，根據(jù)IEEE754浮點標準，采用Verilog HDL語言在Spartan-6系列FPGA上設計了浮點加、減、乘、除、開方基本浮點運算模塊。再次，通過分析研究導航算法的特點，設計出了分布式并行計算的硬件體系結構。本論文創(chuàng)新地設計了一種基于流水線結構的多個浮點運算器并行計算的IP硬件體系結構，在有限的硬件資源上實現(xiàn)了速度和面積的最優(yōu)。該結構包括一個中心調(diào)

3、度模塊和十個并行浮點基本運算模塊。中心調(diào)度模塊負責組織控制算法的計算步驟和順序。外圍模塊符合IEEE754標準，可同時進行三組加、減、乘、除運算和一組開方運算。并按照AHB總線標準設計了矩陣運算IP接口，用于和SOC內(nèi)處理器進行數(shù)據(jù)交互。以此為基礎，實現(xiàn)了捷聯(lián)慣性導航算法的導航計算、四元數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換和卡爾曼濾波中關鍵的矩陣求逆。
　　最后在賽靈思的FPGA芯片上驗證以上IP設計，并與C6713B DSP開發(fā)板上三種算法的運行速度和計