精华内容
下载资源
问答
  • 浮点运算器

    千次阅读 2013-11-27 11:55:32
     浮点运算器是进行浮点运算的结构。现阶段是用电路来实现,应用在计算机芯片中。是整数运算器之后的一大发展,因为在浮点运算器发明之前,计算机中的浮点运算是都是用整数运算来模拟的,效率十分低下。 浮点运算器...
    基本内容 
    

      浮点运算器是进行浮点运算的结构。现阶段是用电路来实现,应用在计算机芯片中。是整数运算器之后的一大发展,因为在浮点运算器发明之前,计算机中的浮点运算是都是用整数运算来模拟的,效率十分低下。

    浮点运算器

           英文:floating point unit,简称FPU是计算机系统的一部分,它是专门用来进行浮点数运算的。典型的运算有加减乘除和开方。一些系统(尤其是比较老的,基于微代码体系的)还可以计算超越函数,例如指数函数或者三角函数,尽管对大多数现在的处理器,这些功能都由软件的函数库完成。

      在大多数现在的通用计算机架构中,一个或多个浮点运算器会被集成在CPU(Central Processing Unit,中央处理器)中,但许多嵌入式处理器(特别是比较老的)没有在硬件上支持浮点数运算。

      在过去,一些系统通过协同处理器而不在同一个处理器中来处理浮点数。在微型计算机时代,这一般只用一个芯片;而在以前,可能要用一整个电路板甚至一台机箱。

      不是所有的计算机架构中都有硬件的浮点运算器。在没有硬件浮点运算器的情况下,许多浮点数的运算也可以像有硬件那样做到。这样可以节省浮点运算器的硬件成本,但这样会使计算变得慢得多。仿硬件浮点运算可以通过多种层次的方法实现——在CPU中用微代码处理,用操作系统的函数处理,用用户自己的代码处理。

      在大多数现代计算机的架构中,一些浮点数运算跟整数运算是分开的。这些分别在不同的架构上差别很大。有一些架构,例如英特尔(Intel)的x86处理器设计了浮点数寄存器,另一些架构中,处理浮点数甚至有独立的时频时域。

      浮点数运算常常是用特别的总线传输的。在早期的没有中断机制的大尺度架构(的处理器)中,浮点运算有时与整数运算独立传输。今时今日,许多CPU或架构都有超过一个浮点运算器,例如PowerPC 970 和基于Netburst和AMD64架构的处理器(分别例如奔腾(Pentium)4和速龙(Athlon)64)

      当CPU执行一个需要浮点数运算的程序时,有三种方式可以执行:软件仿真器(浮点运算函数库)、附加浮点运算器和集成浮点运算器。多数现在的计算机有集成的浮点运算器硬件。
    展开全文
  • 浮点运算方法和浮点运算器。主要介绍浮点运算的方法和流程以及浮点运算器
  • 将参数化可配置IP核的设计方法引入到浮点运算器设计中,通过设计时提取的可用参数,将浮点运算器设计成为参数化、可配置、可重用的IP核。通过仿真验证了实现参数化IP核浮点运算器的可行性和有效性。
  • 浮点运算单元FPU(Floating-point Unit)在当前CPU的运算中地位越来越重要,论文中实现了一种基于FPGA的快速单精度浮点运算器。该运算器采用了流水线和并行计算技术,使得浮点数运算的速度有了显著的提高。在QUARTUS...
  • 浮点运算器 Verilog

    2018-04-22 11:18:22
    该工程代码实现了64位双精度浮点运算功能,所以的代码采用verilog 编写,附带测试脚本,以及进制转换工具。
  • 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...
  • 一、浮点加减法 运算规则: 步骤: ①、0操作数检查 ②、比较阶码大小并完成对阶 ③、尾数求和 ④、结果规格化 ⑤、舍入处理 ⑥、溢出处理 1、0操作数检查 能否化简操作、节省运算时间 2、比较阶码大小并完成对接 ...

    一、浮点加减法
    运算规则:

    步骤:
    ①、0操作数检查
    ②、比较阶码大小并完成对阶
    ③、尾数求和
    ④、结果规格化
    ⑤、舍入处理
    ⑥、溢出处理
    1、0操作数检查
    能否化简操作、节省运算时间
    2、比较阶码大小并完成对接
    (1)、使得小数部分可以按位权值按位相加
    (2)、小阶向大阶看齐,这样即使丢失数据也是低位数据
    3、尾数求和/求差
    定点加减法
    4、结果规格化
    (1)、结果是11.xxx或10.xxx时,向右规格化
    尾数右移一位,阶码加一
    (2)、结果是0.0···01xxx时,向左规格化
    尾数左移一位,阶码减一
    5、舍入处理
    (1)、就近舍入
    ①、多余位大于10···0
    进位
    ②、多余位小于10···0
    舍去
    ③、多余位等于10···0
    有效位末尾是1:进1
    有效位末尾是0:舍去
    (2)、朝0舍入
    截尾
    (3)、朝+∞舍入
    ①、正数:多余位不全为0,进1
    ②、负数:截尾
    (4)、朝-∞舍入
    ①、正数:截尾
    ②、负数:多余位不全为0,进1
    6、溢出处理
    (1)、32位精度:
    最大值:(2-2-23)*2127
    最小值:-(2-2-23)*2127
    最小正值:2-127
    最大负值:-2-127
    (2)、阶码溢出表示浮点溢出
    阶码范围是1~254
    阶码上溢:∞
    阶码下溢:0
    (3)、尾数溢出不是真正的溢出
    尾数上溢:向右规格化
    尾数下溢:向左规格化
    7、原理图

    8、框图

    9、小例

    二、浮点乘除法
    运算规则:
    ①、乘法:

    ②、除法:

    步骤:
    ①、0操作数检查
    ②、阶码加/减操作
    乘法:两阶码求和,减偏移量
    除法:两阶码求差,加偏移量
    ③、尾数乘/除操作
    ④、结果规格化
    ⑤、舍入处理
    ⑥、确定积的符号
    1、乘法步骤图

    2、小例

    展开全文
  • ARM处理器Linux下浮点运算单元运用

    千次阅读 2016-01-20 13:47:26
    当CPU执行一个需要浮点数运算的程序时,有三种方式可以执行:软件仿真器(浮点运算函数库)、附加浮点运算器和集成浮点运算单元。区别于以往的ARM9处理器,目前基于Cortex构架的ARM处理均集成了浮点运算单元。如...

    1). 浮点运算单元(FPU)简介

    Float Point Unit,浮点运算单元是专用于浮点运算的协处理器,在计算领域,例如三角函数以及时域频域变换通常会用到浮点运算。当CPU执行一个需要浮点数运算的程序时,有三种方式可以执行:软件仿真器(浮点运算函数库)、附加浮点运算器和集成浮点运算单元。区别于以往的ARM9处理器,目前基于Cortex构架的ARM处理均集成了浮点运算单元。如Nvidia Tegra 2, Tegra 3和NXP/Freescale i.MX 6集成了VFPv3浮点运算单元,NXP/Freescalei.MX 7 则集成了VFPv4浮点运算单元。ARM 浮点架构 (VFP) 为半精度、单精度和双精度浮点运算中的浮点操作提供硬件支持。它完全符合 IEEE 754 标准,并提供完全软件库支持,与 NEONTM 多媒体处理功能结合使用时,可增强图像应用程序的性能(如缩放、2D 和 3D 转换、字体生成和数字过滤)。

     

    2). 浮点调用约定(Calling Convention

    调用约定由应用二进制接口(ApplicationBinary Interface, ABI)来定义参数是如何在调用过程中传递以及如何获取返回值,对于ARM CPU常用的ABI为EABI,提供了两种互相不兼容的方式来传递浮点数:

    调用约定

    描述

    GCC flag

    EABI soft-float

    Floats are passed in normal (integer) registers.

    -mfloat-abi=soft or -mfloat-abi=softfp

    EABI hard-float

    Floats are passed in floating point registers (VFP).

    -mfloat-abi=hard

     

    通常交叉编译ToolChain已经配置好所需的ABI而无需在命令行重新设置,并且ToolChain提供的库也已经自动配置为对应的数据格式。

    两个二进制文件(如可执行文件和C库文件)使用不同的调用约定,相互之间是不兼容的。所有的程序和库必须遵循同一个调用约定进行编译,要么软浮点,要么硬浮点。如果你试图在一个基于硬浮点编译的平台上运行一个基于软浮点的程序时,会出现” No such file or directory ” 错误,尽管这这个文件是存在的并且可以执行。

    另外,硬浮点调用约定需要使用浮点运算单元(FPU)的寄存器,因此在不带有浮点运算单元寄存器的处理器上则无法实现。

    下面列出Toradex Colibri Tegra ARM 计算机模块 BSP 上所采用的调用约定

    BSP Version

    Calling Convention

    BSP V1.x

    EABI soft-float

    BSP V2.x and later

    EABI hard-float

     

    3). 协处理器/硬件引擎

    如本文开篇所述,目前基于Cortex架构的ARM处理器都内置了浮点运算单元(FPU)来加速浮点数据操作,通常浮点运算单元会添加额外的指令到现有的指令集中。于此相关的NEON指令集添加了单指令多数据操作(single instruction act on multiple data ,SIMD),它实现的是NEON 媒体处理器引擎,提供了基于VFPv3指令集的浮点运算单元功能。

    更多介绍请参考:

    - en.wikipedia.org/wiki/ARM_architecture

    - wiki.debian.org/ArmHardFloatPort/VfpComparison

    ./ Toradex Colibri产品系列所提供的协处理器/硬件引擎

    Module/CPU family

    VFP Unit

    NEON unit

    Colibri PXA(1)

    -

    -

    Colibri/Apalis iMX6

    VFPv3

    Yes

    Colibri T20

    VFPv3-D16

    -

    Colibri/Apalis T30

    VFPv3

    Yes

    Colibri VFxx

    VFPv3

    Yes

    (1)    注:PXA 系列核心板没有硬件浮点运算单元,但是GCC编译器提供了经过优化的基于Intel Integer SIMD extension(iWMMXt)的软浮点运算仿真功能。

     

    4). 编译器选项

    相关介绍请见如下,下面同样以Toradex产品为例:

    gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.7.3/gcc/ARM-Options.html#ARM-Options

    ./ Toradex Colibri Tegra 系列BSP 编译器选项

    BSP Version

    GCC flag

    BSP V1.x

    -march=armv7-a -mfloat-abi=softfp -mfpu=vfpv3-d16

    BSP V2.x and later

    -march=armv7-a -mfloat-abi=hard -mfpu=vfpv3-d16

     

    ./ Toradex Colibri PXA编译器选项

    使用软浮点调用约定编译器,同时编译器选项不能包含FPU相关,产生的代码中不包含由FPU来执行的指令,而是依赖于CPU整数指令集基于相关库进行运算。

    ----------------------------------------------------------------------------------------

    -march=armv5te -mtune=xscale-O3

    ----------------------------------------------------------------------------------------

    ./ Toradex Colibri T20编译器选项

    产生的代码兼容于含NEON 协处理器的CPU 。取决于在mfloat-abi选项所配置的调用约定为”softfp” 还是”hard”

    ----------------------------------------------------------------------------------------

    -march=armv7-a -mfloat-abi=xxx-mfpu=vfpv3-d16 -mtune=cortex-a9 -O3

    ----------------------------------------------------------------------------------------

    ./ Toradex Colibri/Apalis i.MX6/T30编译器选项

    取决于在mfloat-abi选项所配置的调用约定为”softfp” 还是”hard”

    ----------------------------------------------------------------------------------------

    -march=armv7-a -mfloat-abi=xxx-mfpu=neon -mtune=cortex-a9 -O3

    ----------------------------------------------------------------------------------------

    ./ Toradex Colibri VFxx编译器选项

    取决于在mfloat-abi选项所配置的调用约定为”softfp” 还是”hard”,未来可以通过更多的mfpu 选项来优化NEON的实现。

    ----------------------------------------------------------------------------------------

    -march=armv7-a -mfloat-abi=xxx-mfpu=neon -mtune=cortex-a5 -O3

    ----------------------------------------------------------------------------------------

     

    5). 检测一个二进制文件的浮点调用约定

    同样以Toradex产品为例,其所发布的Linux Images 所有的object 目标文件都使用ELF,详细介绍请参考:

    en.wikipedia.org/wiki/Executable_and_Linkable_Format

    首先架构信息(如i686 或者ARM)可以通过” file ‘afile’ “程序来获取,架构相关属性信息可以通过” readelf –A ‘afile’ “程序来获取 (原生或者交叉编译ToolChain都可以使用readelf)

    如果readelf命令输出信息里面包含"Tag_ABI_VFP_args: VFP registers",则调用约定为硬浮点;如没有,则为软浮点。

    ./ 以Colibri T20 编译的共享目标文件为例

    •使用 VFPv3-D16 指令和寄存器

    •不使用 SIMD extensions

    •硬调用约定

    ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    $ filecolibri-t20/usr/lib/libcurl.so.5.3.0

    colibri-t20/usr/lib/libcurl.so.5.3.0:ELF 32-bit LSB shared object, ARM, version 1 (SYSV), dynamically linked, notstripped

    $ readelf -Acolibri-t20/usr/lib/libcurl.so.5.3.0

    Attribute Section: aeabi

    File Attributes

      Tag_CPU_name: "7-A"

      Tag_CPU_arch: v7

      Tag_CPU_arch_profile: Application

      Tag_ARM_ISA_use: Yes

      Tag_THUMB_ISA_use: Thumb-2

      Tag_FP_arch: VFPv3-D16

      Tag_ABI_PCS_wchar_t: 4

      Tag_ABI_FP_denormal: Needed

      Tag_ABI_FP_exceptions: Needed

      Tag_ABI_FP_number_model: IEEE 754

      Tag_ABI_align_needed: 8-byte

      Tag_ABI_align_preserved: 8-byte, except leafSP

      Tag_ABI_enum_size: int

      Tag_ABI_HardFP_use: SP and DP

      Tag_ABI_VFP_args: VFP registers

      Tag_CPU_unaligned_access: v6

    ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    ./ 以NXP/FreescaleVybrid 编译的共享目标文件为例

    •使用 VFPv3 指令和寄存器

    •使用用 NEON SIMD extensions

    •软调用约定

    ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    $ filetwr-vf65gs10/usr/lib/libcurl.so.5.3.0

    twr-vf65gs10/usr/lib/libcurl.so.5.3.0:ELF 32-bit LSB shared object, ARM, version 1 (SYSV), dynamically linked, notstripped

    $ readelf -Atwr-vf65gs10/usr/lib/libcurl.so.5.3.0

    Attribute Section: aeabi

    File Attributes

      Tag_CPU_name: "7-A"

      Tag_CPU_arch: v7

      Tag_CPU_arch_profile: Application

      Tag_ARM_ISA_use: Yes

      Tag_THUMB_ISA_use: Thumb-2

      Tag_FP_arch: VFPv3

      Tag_Advanced_SIMD_arch: NEONv1

      Tag_ABI_PCS_wchar_t: 4

      Tag_ABI_FP_denormal: Needed

      Tag_ABI_FP_exceptions: Needed

      Tag_ABI_FP_number_model: IEEE 754

      Tag_ABI_align_needed: 8-byte

      Tag_ABI_align_preserved: 8-byte, except leafSP

      Tag_ABI_enum_size: int

      Tag_ABI_HardFP_use: SP and DP

      Tag_CPU_unaligned_access: v6

    ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    ./ 以Colibri PXA 编译的共享目标文件为例

    •不使用浮点运算单元

    •不使用SIMD extensions

    •软调用约定

    ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    $ filecolibri-pxa/usr/lib/libcurl.so.5.3.0

    colibri-pxa/usr/lib/libcurl.so.5.3.0:ELF 32-bit LSB shared object, ARM, version 1 (SYSV), dynamically linked, notstripped

    $ readelf -Acolibri-pxa/usr/lib/libcurl.so.5.3.0

    Attribute Section: aeabi

    File Attributes

      Tag_CPU_name: "5TE"

      Tag_CPU_arch: v5TE

      Tag_ARM_ISA_use: Yes

      Tag_THUMB_ISA_use: Thumb-1

      Tag_ABI_PCS_wchar_t: 4

      Tag_ABI_FP_denormal: Needed

      Tag_ABI_FP_exceptions: Needed

      Tag_ABI_FP_number_model: IEEE 754

      Tag_ABI_align8_neededU: Yes

      Tag_ABI_align8_preserved: Yes, except leaf SP

      Tag_ABI_enum_size: int

    ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    展开全文
  • 《浮点加法、减法运算.pdf》 《浮点乘法、除法运算.pdf》 《浮点运算流水线.pdf》 《浮点运算器实例.pdf》 赠送《蒋小龙 定点乘法器》
  • ARM处理器的浮点运算单元(FPU)

    千次阅读 2016-01-19 14:35:04
    当CPU执行一个需要浮点数运算的程序时,有三种方式可以执行:软件仿真器(浮点运算函数库)、附加浮点运算器和集成浮点运算单元。 区别于以往的ARM9处理器,目前基于ContexTM构架的ARM处理均集成了浮点运算单元。如...
    浮点运算单元(FPU)简介
    Float Point Unit,浮点运算单元是专用于浮点运算的协处理器,在计算领域,例如三角函数以及时域频域变换通常会用到浮点运算。当CPU执行一个需要浮点数运算的程序时,有三种方式可以执行:软件仿真器(浮点运算函数库)、附加浮点运算器和集成浮点运算单元。 区别于以往的ARM9处理器,目前基于ContexTM构架的ARM处理均集成了浮点运算单元。如下图Toradex ARM核心板产品所示,Nvidia TegraTM 2, TegraTM 3和 NXP/Freescale i.MX 6集成了VFPv3浮点运算单元。NXP/Freescale i.MX 7 集成了VFPv4浮点运算单元。ARM 浮点架构 (VFP) 为半精度、单精度和双精度浮点运算中的浮点操作提供硬件支持。它完全符合 IEEE 754 标准,并提供完全软件库支持,与 NEONTM 多媒体处理功能结合使用时,可增强图像应用程序的性能(如缩放、2D 和 3D 转换、字体生成和数字过滤)。  
     
    基于Toradex Colibri T20 Colibri/Apalis T30使用FPU
    Colibri T20 核心板带有一个 VFPv3-D16 浮点运算单元(不带 NEON) ,而 Colibri T30 和Apalis T30 带有一个VFPv3-D32 (含有 NEON),通过以下的配置,将能够有效的提高浮点运输的效率,运算量愈大愈明显。
    ./ Windows CE 编译器的浮点优化
    在 Visual Studio 2008环境中,你可以直接为上述核心板生成含有浮点处理器加速的代码,请在您的工程中按照以下步骤进行:
    对于 WinCE 6:
    -    打开 “Project” 菜单并选择 “Properties”.
    -    选择 “Configuration Properties : C/C++ : Advanced”.
    -    改变 “Enable floating point emulation” 为 “No”.
    -    改变 “Compile for architecture”为 “ARM5T /QRarch5t”.
    -    选择 “Configuration Properties : C/C++ : Command Line : Additional Options”.
    -    添加 “/QRfpe-“to the set of options.
    -    关闭对话框并选择"OK".
    对于 WinCE 7:
    -    打开"Project"菜单并选择"Properties".
    -    选择 "Configuration Properties : C/C++ : Command Line : Additional Options".
    -    添加 "/QRfpe-" to the set of options.
    -    关闭对话框并选择"OK".
    请注意,这些功能在Visual Studio 2005 不能被实现。
    ./ 性能比较举例
    通过Mark Riordan benchmark program我们做了一个简单c代码的性能比较程序。我们计算了这个循环所需要的时间如下,时间越短性能越好:


    展开全文
  • 当CPU执行一个需要浮点数运算的程序时,有三种方式可以执行:软件仿真器(浮点运算函数库)、附加浮点运算器和集成浮点运算单元。在控制应用中会有很多的坐标变换,PID运算,估算器等,浮点运算单元可以提高运算的...
  • ARM 浮点运算

    2019-03-19 09:31:11
    很多时候我们要处理的数据,不仅仅是整数和字符串,还有浮点数即小数。在多媒体数据处理方面表现的更多。...编译器将代码直接编译成硬件浮点协处理(浮点运算单元FPU)能识别的指令,这些指令在执行的...
  • FPGA 乘法 浮点运算

    2021-03-24 23:30:16
    作者 QQ群:852283276 微信:arm80x86 微信公众号:青儿创客基地 ...两种实现方式,DSP Slice或组合逻辑,前者速度高,不占用逻辑资源,后者一般用于小位宽运算,延迟小。 仿真验证,待续。。。 ...
  • 很多时候我们要处理的数据,不仅仅是整数和字符串,还有浮点数即小数。在多媒体数据处理方面表现的更多。...编译器将代码直接编译成硬件浮点协处理(浮点运算单元FPU)能识别的指令,这些指令在执行的时候A...
  • ARM 浮点运算详解

    2017-09-28 09:18:19
    早期的ARM没有协处理,所以浮点运算是由CPU来模拟的,即所需浮点运算均在浮点运算模拟器(float math emulation)上进行,需要的浮点运算,常要耗费数千个循环才能执行完毕,因此特别缓慢。 直到今天,在ARM ...
  • ARM浮点运算

    千次阅读 2012-11-04 14:17:23
    早期的ARM没有协处理,所以浮点运算是由CPU来模拟的,即所需浮点运算均在浮点运算模拟器(float math emulation)上进行,需要的浮点运算,常要耗费数千个循环才能执行完毕,因此特别缓慢。 直到今天,在ARM ...
  • 编译器将代码直接编译后给硬件浮点协处理浮点运算单元FPU)去执行。FPU通常有一套额外的寄存器来完成浮点参数传递和运算。使用实际的硬件浮点运算单元FPU当然会带来性能的提升。因为往往一个浮点的函数调用需要...
  • LPC3000系列ARM9微控制具有片上的矢量浮点运算单元,使其在需要较多的算法处理特别是单精度及双精度浮点运算的应用中具有性能上的优势。以该产品在医疗电子领域的应用为例作了说明,并提供了基于恩智浦微控制的...
  • 在keil的魔术棒中,如上图所示,直接选中单精度浮点运算器,keil就会自动把所需的宏给定义出来。如何验证是否开启成功? 验证方法1: 我们把F407主频设为168M,不选中/选中FPU,分别做10万次乘法:发现耗时分别为...
  • 使用logisim实现的浮点数加法/减法运算器, 可以使用logisim直接打开, 直接可运行, 是我的计算机组成原理的大作业之一.

空空如也

空空如也

1 2 3 4 5 ... 20
收藏数 994
精华内容 397
关键字:

浮点运算器