浮点指数类超越函数的运算算法研究与硬件实现

摘要

作者结合国家“十五”预研课题(编号41308010307)，完成了32位CISC微处理器“龙腾”C1浮点处理单元的设计与验证工作。“龙腾”C1微处理器在指令集和接口时序上与Intel486DX2兼容，已作为微处理器IP核应用于SoC芯片“龙腾”S1中。 论文主要工作如下：1.参与设计并实现了“龙腾”C1的浮点处理单元。主要负责了整个浮点处理单元的结构设计，浮点接口单元的设计与实现，以及部分浮点算法的分析与实现。目前以“龙腾”C1为核心的SoC芯片—“龙腾”S1已经采用SMIC0.18umCMOS工艺成功流片。 2.研究和分析了目前常见的指数函数算法，包括查找表法，多项式拟合法，基于查找表的多项式拟合法，Digit-by-digit算法和CORDIC算法。 3.重点分析了J.S.Walther的经典CORDIC算法，并结合“龙腾”C1浮点处理单元对面积、速度和精度的具体要求，对CORDIC算法进行了推导，得到了一种适合“龙腾”C1的CORDIC算法，并确定了该算法的硬件实现步骤，即旋转变换次序、数值表示方法和迭代流程，从而可以用较低的硬件代价来达到比较高的运算精度。这种方法可以实现包括指数函数在内的所有常见超越函数的计算，作者主要就CORDIC实现指数函数进行了讨论。 4.完成了浮点处理单元的数据通路设计，包括尾数部件和指数部件。 5.完成了浮点处理单元的模块级和系统级验证，FPGA调试以及整个设计的集成。 目前，基于“龙腾”S1芯片的PC104工控机主机单板稳定运行了DOS6.22操作系统和典型应用程序，并在某型号无人机飞行控制系统中顺利完成了应用验证。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章“龙腾”C1浮点处理单元

第三章指数类超越函数的算法研究

第四章浮点运算单元的设计与实现

第五章浮点处理单元的验证及物理实现

第六章结束语

参考文献

硕士期间发表的论文和参加的工作

致谢

附录

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