基于FPGA的浮点与整型数据混合运算实现.pdf

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1、第12期组合机床与自动化加工技术NO．122013年12月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueDec．2013文章编号：1001—2265(2013)l2—0011—03基于FPGA的浮点与整型数据混合运算实现牢陈坤，唐小琦，宋宝(华中科技大学机械科学与工程学院，武汉430074)摘要：通过研究基于IEEE754标准的浮点数的存储格式，提出了一种基于FPGA的单精度浮点数和32位整型数据混合运算的算法。在基于FPGA的硬件平台上，实现了单精度浮点数和整

2、形数据之间的相互转换进行混合运算，解决了浮点数在运算过程中消耗资源过多、运算速度慢等问题。经过在线仿真和在一种三次样条插补算法中下载验证，该设计的转换时间可达10～s量级，具有较高的实时性和可靠性，可有效地提高数字信号处理速度和降低消耗资源。关键词：FPGA；浮点数；整型数；混合运算中图分类号：TH16；TG65文献标识码：AHybridOperationofFloatingPointNumberandIntegerDataBasedonFPGACHENKun，TANGXiao—qi，SONGBao(Schoolo

3、fMechanicalScienceandEngineering，HuaZhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China)Abstract：Thispaperanalysesofthefloatingpointnumber’SstorgeformatbasedonIEEE754，presentsaalgorithmbasedonFPGAaccordingtohybridoperationoffloatingpointnumberandintegerdat

4、a．AhardwareplatformbasedontheFPGAwasimplementedtohybridoperationbyconvertingbetweenfloat—ingpointnumberandintegerdata，whichsolvedtheexistingproblemsofexcessiveconsumptionofre—sourcesandslowspeedofoperation．Throughsimulationonthelineanddownloadverification，thec

5、on-versiontimeis10～／xs，improvingtheprocessingspeedofdatasignalanddecreasingtheconsumptionofresourcewithhigherreal—timeandstability．Keywords：FPGA；floatingpointnumber；integerdata；hybridoperation0~1-'-运算速度较慢的问题。1IEEE754浮点数标准随着FPGA向高速，大容量，高集成度和低功耗方向的快速发展，相应的EDA软件工

6、具也日趋完善，目前大多数高级语言(包括C)都是按照IEEE提供了更多的数字信号处理IP核，使得FPGA在高754的标准来规定浮点数的存储格式J。IEEE754速数字信号处理领域得到越来越广泛的应用J。用科学计数法以底数为2的小数来表示浮点数，存在FPGA中对不同格式的数据进行运算时消耗储格式分为三个部分：符号位(S)、指数位(E)和尾的资源是不一样的，合理转换数据的格式可以有效数位(M)。双精度浮点数为8字节，包含1位符号地降低资源的消耗，提高运算速度。对于浮点数位，11位指数位和52位尾数位；单精度浮点数为4和整

7、型数据，如果能在不同的地方运用不同的格式，字节，包含1位符号位，8位指数位和23位尾数位，可以用最少的资源和最快的速度实现相同的功如图1所示。本文将重点分析单精度浮点数和32位能。目前有很多基于FPGA的浮点数转换成整型整型数据的混合运算。数据的研究和设计，但浮点和整型数据的混合运算I笙兰堡l望壑堡兰!：：l星垫垡竺：：I却未见报道。本文在研究浮点数和整型数据存储结图1IEEE754单精度浮点数格式构的基础上提出了一种浮点数和整型数据相互转换单精度的指数使用正偏正值形式表示，偏移值为的方法，改进了一般浮点数运算中消

8、耗资源较多和127，指数值减去偏正值即为实际的指数大小。指数值收稿日期：2013—04—16；修回日期：2013—05—08．to基金项目：“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项(2012ZX04001012)；“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项(2012ZX04001041)；高等学校博士学科点专项科研基金(新教师基金课题)(200901421