高性能浮點(diǎn)除法單元的設(shè)計(jì).pdf

1、航空航天、數(shù)字信號(hào)處理、實(shí)時(shí)語(yǔ)音圖像和高精度計(jì)算等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ω↑c(diǎn)處理的要求越來(lái)越高，浮點(diǎn)運(yùn)算單元(FPU, Floating-Point Unit)已經(jīng)成為當(dāng)代微處理器中一個(gè)至關(guān)重要的組成部分。浮點(diǎn)除法雖然在FPU中使用的頻率較低，但對(duì)處理器整體性能有較大的影響，設(shè)計(jì)一種執(zhí)行效率較高的浮點(diǎn)除法結(jié)構(gòu)對(duì)處理器性能的提高有著很重要的意義。
　　本文主要完成高性能浮點(diǎn)除法單元的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，是微電子中心高性能浮點(diǎn)處理單元項(xiàng)目的重要組成部分，

2、按照Top-down的現(xiàn)代IC設(shè)計(jì)方法，以實(shí)現(xiàn)64位雙精度浮點(diǎn)數(shù)的除法運(yùn)算為主，兼容32位單精度浮點(diǎn)數(shù)。在IEEE-754浮點(diǎn)格式標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上總結(jié)了單雙精度格式和數(shù)據(jù)類型，分析了近現(xiàn)代處理器幾種常用的算法，包括 Newton-Raphson算法、Goldschmidt算法、可恢復(fù)數(shù)字迭代算法、不可恢復(fù)數(shù)字迭代算法和SRT算法。重點(diǎn)介紹了SRT-4算法的“迭代基的選擇”、“余數(shù)產(chǎn)生部分”與“商選擇函數(shù)”這三個(gè)關(guān)鍵部分，并對(duì) SRT-4算法

3、的關(guān)鍵部分進(jìn)行了優(yōu)化，提出了基于優(yōu)化后的SRT-4算法的改進(jìn)方案，該方案符合IEEE-754浮點(diǎn)格式標(biāo)準(zhǔn)；隨后提出實(shí)現(xiàn)除法單元的設(shè)計(jì)方案：將除法單元分為預(yù)處理、指數(shù)減、尾數(shù)除、規(guī)格化與舍入、異常處理和溢出判斷與輸出六個(gè)模塊，采用自頂向下的數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)方法，對(duì)各部分進(jìn)行寄存器傳輸級(jí)的描述。在本設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的4種舍入模式和5種異常情況，分別用改進(jìn)的SRT-4、全并行基4和全并行基16這三種不同的算法實(shí)現(xiàn)了尾數(shù)除