FPU加法器的設(shè)計與實現(xiàn)
2 加法器的設(shè)計實現(xiàn)
2.1 電路原理圖
浮點(diǎn)加法運(yùn)算模塊電路原理如圖2所示。主要由6個模塊構(gòu)成,分別是Subcell模塊、exchange模塊、move模塊、M_add模塊、standat模塊、cntrl模塊。下面將分別對這6個模塊進(jìn)行介紹。本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/193319.htm
1)Subcell模塊
此模塊的功能主要有以下4個方面:①0操作數(shù)的檢查。將有關(guān)信息送到cntrl模塊和standar模塊,用于決定是否進(jìn)行后續(xù)操作,以便節(jié)省運(yùn)算的時間。②階碼大小的比較。將小數(shù)a_little傳送到cntrl模塊。③對階。比較兩個操作數(shù)的階碼,求出它們階碼的差值sub[6..0],送到move模塊。④當(dāng)這個模塊運(yùn)算結(jié)束或者有新操作數(shù)輸入時,告知cntrl模塊。
在圖2中,當(dāng)rst_sub=‘0’,此模塊就正常工作;若rst_sub=‘1’,則所有的輸出都是0。在零操作數(shù)檢查的過程中,如果發(fā)現(xiàn)有0操作數(shù)的存在,則就令num_z=‘1’;在此操作數(shù)的檢查過程中還可以區(qū)分到底是哪一個操作數(shù)為零,假如操作數(shù)x為零,則就令z_find=“0 1”;若是操作數(shù)y為零,則就令z_find=“10”;若無0操作數(shù),則z_find=“00”。當(dāng)對參與運(yùn)算的兩個操作數(shù)進(jìn)行0操作數(shù)判別結(jié)束后,本模塊在實現(xiàn)的過程中主要采用了5個條件語句來實現(xiàn)兩個操作數(shù)大小的比較,通過比較可以算出階碼的差值。若兩數(shù)的階碼相同,即小數(shù)點(diǎn)是對齊的,則進(jìn)行位數(shù)的比較,當(dāng)然這所有的比較都是通過不同的條件語句來實現(xiàn)的。所有的比較完畢,end_sub設(shè)為1。當(dāng)有新的數(shù)據(jù)從x,y端輸入的時候,根據(jù)程序的設(shè)置,相關(guān)進(jìn)程會被喚醒,控制模塊接收到進(jìn)程發(fā)送來的脈沖change,就知道有新的操作數(shù)據(jù)輸入,因此再次啟動控制模塊,進(jìn)而進(jìn)入另一個新的周期。
2)exchange模塊
此模塊的功能為:①向move模塊輸入小冪次浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù),②向M_ADD模塊輸入大冪次浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)。
此模塊包含一個Process進(jìn)程,當(dāng)rst_exchange=‘0’并且en_exchange=‘1’,浮點(diǎn)數(shù)x,y的冪和尾數(shù)被拆開,存入不同變量。然后執(zhí)行本模塊所設(shè)置的4個條件語句,分別對兩個浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行處理,一方面將冪次小的操作數(shù)位數(shù)進(jìn)行擴(kuò)充,擴(kuò)充為33位后傳送到move模塊中;另一方面將冪次大的操作數(shù)擴(kuò)充成32為傳送到M_ADD模塊中。進(jìn)程結(jié)束后,end_exchange置高電平,告知控制模塊。
3)move模塊
此模塊的功能主要是為了實現(xiàn)兩個操作數(shù)的對階。在這個模塊中設(shè)計了一個進(jìn)程process(clk),它以clk為敏感信號,此進(jìn)程還包含有2個條件語句模塊。第1個模塊主要是對變量進(jìn)行更新。第2個模塊主要是判斷移位是否已經(jīng)結(jié)束,并對相應(yīng)的標(biāo)志位進(jìn)行設(shè)置。假如所移操作數(shù)的后8位是不為0的,那么在每個時鐘的上升沿到來時繼續(xù)進(jìn)行向右的移動。
4)M_add模塊
此模塊的主要功能是對階完成以后,對尾數(shù)進(jìn)行運(yùn)算。通過在每個尾數(shù)前加一位0來檢測運(yùn)算結(jié)果是否需要規(guī)格化。程序如下:
在進(jìn)行加減法運(yùn)算中分兩種情況:當(dāng)add_sub=“11”,執(zhí)行Mx+My;當(dāng)add_sub=“00”,執(zhí)行Mx-My。具體由Cntrl模塊的分析中給出。
5)standar模塊
此模塊的主要功能是對浮點(diǎn)運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行規(guī)格化處理。這個模塊中有兩個變量分別是ntemp和texp,該模塊在首次執(zhí)行時對它們進(jìn)行初始化,否則只有當(dāng)控制模塊發(fā)出rst命令的時候才能對它們的初始值進(jìn)行改變。當(dāng)add_sub的值不同時,則將條件語句分成了不同的部分:
①當(dāng)add_sub的取值為“00”或者當(dāng)其取值為“01”的時候,可得M_ADD模塊進(jìn)行的是減法運(yùn)算;如果運(yùn)算結(jié)果是0,那么就直接將0輸出;假如運(yùn)算結(jié)果不為0,就需要對numb(15)進(jìn)行考慮;假如其值是1的話,就不需要進(jìn)行左移,直接執(zhí)行語句:“sum_standar=signal_b temp_exp(5 downto0)ntemp(14 downto 6);”。但是如果numb(15)的值是為0的,就需要進(jìn)行左移。
②當(dāng)add_sub=‘11’時,則M_ADD模塊執(zhí)行加法運(yùn)算;如果numb(16)的值為1,就需要進(jìn)行右移。而當(dāng)numb(16)的值為0時,則不用進(jìn)行規(guī)格化,直接輸出。
6)cntrl模塊
在這個模塊中主要采用的是Mealy狀態(tài)機(jī),它和輸入、輸出、狀態(tài)皆有關(guān);一方面Mealy狀態(tài)機(jī)要完成其狀態(tài)的轉(zhuǎn)化,需要等待本模塊中CLK_m時鐘信號的上升沿。另一方面如果subcell模塊有了新的操作數(shù)的輸入,本模塊收到告知信號后,會將狀態(tài)機(jī)重新運(yùn)行。
在此對本設(shè)計模塊中所使用狀態(tài)機(jī)所包含的各個部分進(jìn)行簡要的闡述:
①說明部分
本部分主要是在ARCHITECTURE和BEGIN之間,用TYPE語句定義枚舉型的數(shù)據(jù)類型(包含既定狀態(tài)元素)status,狀態(tài)變量xt_status和ct_st atus定義為信號signal。主要用以下語句實現(xiàn):
type status is(rst1,rst2,rst3,rst4,rst5,rst6,rst7);
signal xt_status,ct_status:status;
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