FPGA浮点运算设计与实现

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1、第26卷第6期计算机工程与设计2005年6月Vol.26No.6ComputerEngineeringandDesignJune2005基于FPGA技术的浮点运算器的设计与实现1,211周宁宁，陈燕例，李爱群(1.南京邮电学院计算机科学与技术系，江苏南京210003；2.东南大学仪器科学与工程系，江苏南京210096)摘要：日趋进步和完善的FPGA(现场可编程门阵列)技术推动了当前数字电路的设计。浮点运算器是计算机的一个组成部件，结构比较复杂，利用FPGA技术设计浮点运算器可以缩短产品的开发周期。介绍了基于FPGA技术的

2、浮点运算器的设计与实现。描述了采用VHDL（VHSIC硬件描述语言）和原理图方式设计完成浮点运算器的方法和步骤。利用FPGA技术，能方便灵活地设计出浮点运算器。关键词：FPGA；浮点运算器；VHDL；原理图中图法分类号：TP33；TN79文献标识码：A文章编号：1000-7024(2005)06-1578-04DesignandimplementationoffloatingpointcalculatorbasedonFPGAtechnology1,211ZHOUNing-ning,CHENYan-li,LIAi-qun

3、(1.DepartmentofComputerScienceandTechnology,NanjingUniversityofPostandTelecommunications,Nanjing210003,China；2.DepartmentofInstrumentScienceandEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)Abstract：FurtherimprovementofFPGA（fieldprogramablegatearray）technolo

4、gygivesanimpetustohardwaredesign.Floatingpointcalculatorwhichhasmorecomplexcompositionisapartofacomputer.DesigningafloatingpointcalculatorusingFPGAtechnologymayshortenthedevelopmentcycleofproduct.Anintroductionisgiventothedesignandimplementationofafloatingpointca

5、lculatorbasedonFPGA.ThemethodandprocedureondesigningafloatingpointcalculatorarediscussedbythewayofVHDL(VHSIChardwaredescriptionlanguage)andlogicdiagramseparately.UsingFPGAtechnologymaydesignafloatingpointcalculatorconvenientlyandquickly.Keywords：FPGA;floatingpoin

6、tcalculator;VHDL;logicdiagram算与工程计算。浮点运算可分为两类：非规格化和规格化浮1引言点运算。非规格化浮点运算，不要求操作数是规格化数，对运FPGA(现场可编程门阵列)技术的理论研究和实际应用正算结果也不要求规格化处理。而规格化浮点运算只能对规格越来越受到人们的重视。FPGA技术常常使一些原来比较难化的浮点数进行操作，并且要求对运算结果加以规格化处理。解决的技术瓶颈得以轻松实现，从而使产品的开发周期大为由于规格化浮点数具有惟一的表示形式，而且在计算机中尾缩短，性能价格比大幅提高。运算器作为计

7、算机的加工处理数能获得最大的有效数字，所以在一般的计算机中一般选用部件，是CPU(中央处理器)的重要组成部分。作为典型的PC规格化浮点运算。机一般都至少具有一个定点运算器。在586之前的机型中，2.1浮点加、减运算由于当时硬件条件和工艺的限制，浮点运算器一般以协处理2.1.1浮点加减法运算规则器的形式出现。进入20世纪90年代后，随着工艺水平的提=2设有两个浮点数x和y，分别为(1)高，一个芯片上集成度不断提高，如今浮点运算所要求的一些=2其中Ex和Ey分别为数x和y的阶码，Mx和My分别是数x和硬件已可以集成到CPU中

8、，因此，作为浮点运算器的代表的y的尾数。协处理器也逐渐被集成度很高的CPU中的一部分所代替。两浮点数进行加减的运算规则是2浮点运算±=2±2,(2)定点运算器主要是用于实现对定点整数和定点小数的算2.1.2浮点加减法运算步骤术运算、对逻辑数据的逻辑运算以及对主存的地址计算等。完成两个浮点数加法或减法运算，需要以下几个