基于X87指令集的浮点加法单元的设计与验证

摘要

X87指令集是目前CISC架构微处理器使用最为广泛的浮点指令集。浮点加法指令是使用最为频繁的浮点指令之一,设计高效的浮点加法运算单元可以提高微处理器的浮点运算的能力,进而有效的提升处理器性能。
　　本文基于CISC微处理器设计项目,设计兼容Intel X87指令集的浮点加法运算单元,使用TSMC65nm工艺库,工作频率达900MHz。作者主要完成了CISC微处理器中浮点加法指令、浮点数据转换指令以及浮点比较指令的设计与验证。
　　本文的主要研究内容主要包括以下几个方面:
　　1.对Intel X87指令集进行深入的分析,并对浮点数据寄存器及X87执行环境等方面作了详细研究和总结。
　　2.设计并实现了兼容Intel X87指令集的浮点加法运算单元。设计一种多通道浮点加法运算方案,详细阐述了浮点加法指令的实现过程、浮点加法运算单元的结构与各模块设计。用Verilog硬件描述语言实现FPU的设计,其中包含浮点加法单元,且综合结果满足处理器整体设计要求。
　　3.搭建基于VMM验证方法学的system verilog测试平台,编写C语言对比模型,对被测设计进行受约束的大规模随机测试和定向测试,进行功能覆盖率验证统计,功能覆盖率达到100％要求,并完成系统级测试。
　　本文紧密结合课题设计要求,实现了兼容Intel X87指令集的浮点加法运算单元,经过验证,达到了设计要求。

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1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容

1.4论文组织结构

2 X87指令集分析及执行环境

2.1微处理器结构

2.2指令系统的研究

2.3 X87指令集分析

2.4 X87 FPU执行环境

2.5浮点数与IEEE-754标准

2.6本章小结

3 支持IEEE-754浮点标准的浮点加法单元的设计

3.1 X87 FPU设计

3.2 X87浮点加法单元指令的实现

3.3浮点加法运算的原理

3.4浮点加法运算单元的实现过程

3.5本章小结

4 浮点加法运算单元和FPU的验证

4.1基于覆盖率的验证方法

4.2基于System verilog语言的测试平台的验证

4.3浮点加法运算单元的时序验证

4.4本章小结

5总结与展望

致谢

参考文献