FPGA的浮点加法器设计
浮点运算是一个处理器的重要组成部分之一，而且能够体现出来处理器的主要的性能。浮点数能近似表示任意实数，被用于图形处理等各种高性能运算场合。本文主要研究加法器的设计，对常见的加法器结构进行了比较分析，重点完成了基于FPGA的浮点数加法器设计。首先分析了IEEE 754标准的浮点数格式，研究了加法运算中的浮点数处理；之后用Verilog HDL设计一个浮点加法器，并在Xilinx ISE设计环境中实现了加法器的设计，用Modelsim 软件来仿真，验证所设计的浮点加法器的基本功能；最后，对实现的浮点数加法器的资源耗用及延时性能进行了分析。 M000217
关键词：浮点加法器 处理器 Verilog HDL Modelsim 仿真
Floating point arithmetic is one of the important components of a processor, main performance and can be reflected processor.
Float can be approximated by any real number, is used for graphics processing, and other high-performance computing applications. The main adder design of this article, the structure of the common adder a comparative analysis, focusing on the completion of the floating point adder FPGA-based designs. Firstly, the IEEE 754 standard floating-point format, to study the addition operation of floating point processing; After using Verilog HDL design of a floating point adder and Xilinx ISE design environment to achieve the adder design software with Modelsim the simulation, the basic function of the floating point adder verify the design; Finally, the performance of the resource consumption and time delay implemented by a floating point adder analyzed.
Key Words:Floating point adder；Processor；Verilog HDL； Modelsim；Simulation
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第一章 绪论 1
第二章 浮点加法器的介绍 2
2.1 浮点加法器研究设计的依据和意义 2
2.2 高性能处理器中加法器的应用现状 2
2.3 国内外浮点加法器的研究现状 2
2.4 加法器的几种主要类型 4
2.4.1 串行加法器 4
2.4.2 超前进位加法器 4
2.4.3 多路选择实现的快速进位加法器 5
2.4.5 浮点加法器 5
第三章 浮点算术标准和理论 6
3.1 IEEE-754浮点数运算标准 6
3.1.1 基本概念 6
3.1.2 浮点数的表示方法 6
3.2 浮点加法器完成浮点加减运算的操作过程 7
3.2.1 0操作数检查 7
3.2.2 比较阶码大小并完成对阶 7
3.2.3 尾数求和运算 7
3.2.4 结果规格化 7
3.2.5 舍入处理 8
3.2.6 溢出处理 8
第四章 浮点加法器的基本原理与算法 9
4.1 浮点加法运算的基本原理和流程 9
4.2 浮点加法运算的编码算法 10
4.2.1 代码各个参数的定义 10
4.2.4 对阶 12
4.2.5 尾数的相加 13
4.2.6 溢出判断 13
4.2.7 结果规格化 13
第五章 浮点加法器的验证 14
5.1 modelsim 模拟仿真 14
5.2 modelsim 模拟仿真方案 14
5.3 浮点加法器的资源耗用 15
5.4 浮点加法器的延时性能 15
结语 17
参考文献 18
致谢 19
附录 20
第一章 绪论 查看完整请+Q:351916072获取
伴随着现代科学计数和高新科技的发展，计算机逐渐成为了和电视机一样的普通家用电器，所以在我们的日常生活、工农业生产和科学技术研究中计算机被广泛的运用，甚至有着不可动摇的地位。如果把计算机比作人，那么充当大脑的必然是计算机的CPU（中央处理器，central processing unit），其最重要的功能就是对软件中的数据进行处理和执行一些软件指令，所以CPU的工作性能就成为了一个计算机的重要的能力指标。自从最早的的微处理器（Intel 4004,1970年）发表以来，已经过去了40多年。在这40多年中，随着集成电路的高速发展，微处理器也是日新月异，给社会发展带来了巨大的进步，科技研究也带来了巨大成功。
由于科技的不断进步和技术的不断完善，更多的运算单元被集成到计算机的处理器中，因此其成为处理器结构中的一个非常重要的组成部分。浮点运算部件是数字处理器的重要组成部分，一般也是设计中的主要研究目标。浮点数的运算大多需要几个时钟周期来进行，并且为了使最后的计算的结果与实际的值更加贴近，像天文学、高等物理学、量子力学等需要精度非常高的数值计算方面，其精度有可能达到64位的浮点运算。而若是要完成高精度的浮点数运算大多数情况下都需要高消耗、大面积并且结构复杂，导致要实现高精度的浮点运算变得更为艰难。运算速度、设计成本和电路的功耗成为了当前集成电路设计和制造中需要高度关注的问题。
第二章 浮点加法器的介绍
2.1 浮点加法器研究设计的依据和意义
作为数字处理信号之中核心部件的浮点处理器，大多都是位于核心途径上。而要处理数字信号中的语音、图像和加密等信号需要进行大量的卷积、相关以及FFT等基础运算，并且需要频繁的进行大量数据的加法运算。通常处理器的运算器在很大程度上决定着系统处理数据的性能，这是通过大量的数字信号处理案例分析得到的结果。
2.2 高性能处理器中加法器的应用现状
近些年，计算机应用随着运算器的进化而变的越来越复杂。大多产业圈内，像SPECmarks的标准是被广大使用者普遍接受的，从而招致了更多的的设计人员（处理器设计）必需对FPU（浮点运算单元）进行更多和更加深入的关注。尤其是那些高性能的图像、语音应用系统之类的特殊应用器对处理器做出了更高的要求。当前情况下，我们大多是利用高速的浮点运算硬件以适应这些特殊应用器的需要。
1983年，Fujitsu公司的新产品MB8764面世，其指令周期仅仅只有120ns，并且拥有双总线的内部结构。MB8764实现了处理器的处理量上的一个巨大的飞跃。而1984年，AT&T公司推出的DSP32应该算得上是第一个高性能的浮点DSP芯片。 查看完整请+Q:351916072获取
关键词：浮点加法器 处理器 Verilog HDL Modelsim 仿真
Floating point arithmetic is one of the important components of a processor, main performance and can be reflected processor.
Float can be approximated by any real number, is used for graphics processing, and other high-performance computing applications. The main adder design of this article, the structure of the common adder a comparative analysis, focusing on the completion of the floating point adder FPGA-based designs. Firstly, the IEEE 754 standard floating-point format, to study the addition operation of floating point processing; After using Verilog HDL design of a floating point adder and Xilinx ISE design environment to achieve the adder design software with Modelsim the simulation, the basic function of the floating point adder verify the design; Finally, the performance of the resource consumption and time delay implemented by a floating point adder analyzed.
Key Words:Floating point adder；Processor；Verilog HDL； Modelsim；Simulation
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第一章 绪论 1
第二章 浮点加法器的介绍 2
2.1 浮点加法器研究设计的依据和意义 2
2.2 高性能处理器中加法器的应用现状 2
2.3 国内外浮点加法器的研究现状 2
2.4 加法器的几种主要类型 4
2.4.1 串行加法器 4
2.4.2 超前进位加法器 4
2.4.3 多路选择实现的快速进位加法器 5
2.4.5 浮点加法器 5
第三章 浮点算术标准和理论 6
3.1 IEEE-754浮点数运算标准 6
3.1.1 基本概念 6
3.1.2 浮点数的表示方法 6
3.2 浮点加法器完成浮点加减运算的操作过程 7
3.2.1 0操作数检查 7
3.2.2 比较阶码大小并完成对阶 7
3.2.3 尾数求和运算 7
3.2.4 结果规格化 7
3.2.5 舍入处理 8
3.2.6 溢出处理 8
第四章 浮点加法器的基本原理与算法 9
4.1 浮点加法运算的基本原理和流程 9
4.2 浮点加法运算的编码算法 10
4.2.1 代码各个参数的定义 10
4.2.4 对阶 12
4.2.5 尾数的相加 13
4.2.6 溢出判断 13
4.2.7 结果规格化 13
第五章 浮点加法器的验证 14
5.1 modelsim 模拟仿真 14
5.2 modelsim 模拟仿真方案 14
5.3 浮点加法器的资源耗用 15
5.4 浮点加法器的延时性能 15
结语 17
参考文献 18
致谢 19
附录 20
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伴随着现代科学计数和高新科技的发展，计算机逐渐成为了和电视机一样的普通家用电器，所以在我们的日常生活、工农业生产和科学技术研究中计算机被广泛的运用，甚至有着不可动摇的地位。如果把计算机比作人，那么充当大脑的必然是计算机的CPU（中央处理器，central processing unit），其最重要的功能就是对软件中的数据进行处理和执行一些软件指令，所以CPU的工作性能就成为了一个计算机的重要的能力指标。自从最早的的微处理器（Intel 4004,1970年）发表以来，已经过去了40多年。在这40多年中，随着集成电路的高速发展，微处理器也是日新月异，给社会发展带来了巨大的进步，科技研究也带来了巨大成功。
由于科技的不断进步和技术的不断完善，更多的运算单元被集成到计算机的处理器中，因此其成为处理器结构中的一个非常重要的组成部分。浮点运算部件是数字处理器的重要组成部分，一般也是设计中的主要研究目标。浮点数的运算大多需要几个时钟周期来进行，并且为了使最后的计算的结果与实际的值更加贴近，像天文学、高等物理学、量子力学等需要精度非常高的数值计算方面，其精度有可能达到64位的浮点运算。而若是要完成高精度的浮点数运算大多数情况下都需要高消耗、大面积并且结构复杂，导致要实现高精度的浮点运算变得更为艰难。运算速度、设计成本和电路的功耗成为了当前集成电路设计和制造中需要高度关注的问题。
第二章 浮点加法器的介绍
2.1 浮点加法器研究设计的依据和意义
作为数字处理信号之中核心部件的浮点处理器，大多都是位于核心途径上。而要处理数字信号中的语音、图像和加密等信号需要进行大量的卷积、相关以及FFT等基础运算，并且需要频繁的进行大量数据的加法运算。通常处理器的运算器在很大程度上决定着系统处理数据的性能，这是通过大量的数字信号处理案例分析得到的结果。
2.2 高性能处理器中加法器的应用现状
近些年，计算机应用随着运算器的进化而变的越来越复杂。大多产业圈内，像SPECmarks的标准是被广大使用者普遍接受的，从而招致了更多的的设计人员（处理器设计）必需对FPU（浮点运算单元）进行更多和更加深入的关注。尤其是那些高性能的图像、语音应用系统之类的特殊应用器对处理器做出了更高的要求。当前情况下，我们大多是利用高速的浮点运算硬件以适应这些特殊应用器的需要。
1983年，Fujitsu公司的新产品MB8764面世，其指令周期仅仅只有120ns，并且拥有双总线的内部结构。MB8764实现了处理器的处理量上的一个巨大的飞跃。而1984年，AT&T公司推出的DSP32应该算得上是第一个高性能的浮点DSP芯片。 查看完整请+Q:351916072获取
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