高性能可配置浮点运算执行单元设计与测试

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1、上海交通大学硕士学位论文高性能可配置浮点运算执行单元设计与测试摘要浮点信号处理作为数字信号处理(DSP)技术的一个分支在当前网络通讯以及嵌入式技术飞速发展的环境下由于其极高的科研与商业价值正日益受到重视目前国内在这方面的研究还刚刚起步尤其是真正进行数据操作的浮点运算执行单元部分还尚未见到有完整的成果本文所作的工作主要分为提高浮点运算性能与可配置性两方面1增强性能方面针对浮点操作中频率最高的浮点加减法详细分析了当前流行的硬件电路实现算法2-path算法与单通道算法提出了可以提高系统并行度的几个方面并在此基础上对算法与电路做了改进设计电路综合结果表明达到了降低系统延迟latency

2、)的目的针对2path算法的改进包括可以进一步使目标操作简化与专一的双通道新划分方案简化舍入操作的尾数计算结果值域统一方法能快速求出符号´绝对值的二进制求差方案能快速求出前导0个数的PN编码技术以及指数部分的简化实现方式针对单通道算法的改进主要是能加快执行速度的预处理部分电路实现与PredictorLogic后者通过改变predictor值对Stickbit的依赖提高了执行速度2提高可配置性方面IV上海交通大学硕士学位论文针对不同应用环境对系统规模时延等要求不同的特点本文提出了浮点加法单元的参数化设计理念主要思路是使各内部电路结构参数化最终实现完全由用户进行配置实现这里的参数化

3、包括算法实现了标准单通道2-path3-path四种算法操作数位宽指数尾数位宽可变预处理实现传统方法与改进方案流水线层数2层3层4层舍入模式等只需指定这些参数具体值即可生成符合特定要求的浮点执行单元本论文的研究工作主要结合十五预研课题32位高性能数字信号处理器设计进行最后结果经过Synopsys工具以及0.35uCMU标准单元库的电路综合与AutoChecker的仿真测试达到了预期的设计效果关键词浮点处理器RTL可配置浮点加法2-path单通道predictor流水线参数化(parametrize)V上海交通大学硕士学位论文Thedesignandtestofhighperfo

4、rmance,configurablefloatingpointexecutionunitAbstractAsonebranchofDigitalsignalprocessingtechnology,floatingpointprocessingisgainingmoreattentionduetoitshighscientificresearchandbusinessvalueinthefastdevelopingofnetwork,communicationandembeddedsystem.Butthedomesticresearchinthisfieldhasjusts

5、ettostart,especiallytheexecutionunit,whichtrulydoesdatamanipulation,hasnotbeenpresentedasacompletedoutcome.Theworkofthisdissertationcanbesummarizedastwoways:(1)Performanceenhancement:Becausefloating-pointaddition/subtractionisthemostfrequentoperation,thehardwareimplementationalgorithm(2-path

6、,singledatapath)isanalyzedindetail,andbasedonsomefieldsprobablyneededtoimprovesystemparallelism,improvementsaremadeandpresented.Thesynthesisresultshowsthecircuitlatencyhasbeenreduced.Improvementsof2-pathinclude:new2pathseparationcriteria,unificationofsignificandresultranges,fastbinarysubtrac

7、tionscheme,PN-codingforleadingzeropredictionandreducedexponentcalculation.Improvementsofsinglepathinclude:VI上海交通大学硕士学位论文circuitoptimizationoffastpre-processandre-designofpredictorlogic,whichgainsfastspeedbyremovingthedependencyofstickbit.(2)Configu