基于矢量運算的矢量浮點運算裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術(shù)提出的基于矢量運算的浮點運算裝置，是一種新的硬件結(jié)構(gòu)，包括一個矢量處理器、一個存儲器、一個矢量浮點協(xié)處理器和一個矢量浮點協(xié)處理器存儲器，矢量處理器與矢量浮點協(xié)處理器之間的總線接口可以采用通用的協(xié)處理器總線結(jié)構(gòu)。通過采用協(xié)處理器的方式，在保證浮點所有運算的基礎(chǔ)上，提高了浮點的運算速度及降低了設(shè)計的復(fù)雜度。?（*該技術(shù)在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)公開一種基于矢量運算的矢量浮點運算裝置及方法，提高了浮點運算的速度和精度。
技術(shù)介紹
處理器為數(shù)字信號處理所做的運算主要分為兩大類定點和浮點。一般而言，先進的定點運算速度快，功耗小，成本低，但矢量浮點運算器能夠在硬件方面提供更高的精度和更廣的動態(tài)范圍。所以在面對要求更大的數(shù)字范圍或更高的分辨率的情況，就需要矢量浮點運算器。浮點運算現(xiàn)有方案是英特爾公司的《用于矢量處理的可擴展并行流水線浮點單元》專利，如圖1，該技術(shù)輸入隊列210從處理器單元、圖形控制器或存儲矢量輸入的數(shù)據(jù)存儲器獲取或者存儲被處理的矢量輸入。每個矢量輸入包括FP指令和該指令關(guān)聯(lián)的矢量數(shù)據(jù)。矢量輸入選擇器220從輸入隊列210選擇矢量輸入來發(fā)送到輸入隊列210的一個或者多個輸出的多個輸入。調(diào)度器230接收矢量輸入選擇器220選擇的矢量輸入，并分配所述調(diào)度器分配的矢量輸入，把矢量分配為多個標量來處理。現(xiàn)有技術(shù)方案存在的不足之處為1、把矢量輸入分配為多個標量處理，多個浮點(FP)流水線根據(jù)所述調(diào)度器分配的矢量輸入的標量分量的運算來產(chǎn)生FP結(jié)果，之后再把FP結(jié)果組裝成矢量送入輸出緩沖區(qū)。在這一系列過程中，即每一個FP流水線中都必須支持浮點的所有運算。如FP加法器、 FP減法器、FP除法器、FP乘法器、FP復(fù)雜數(shù)學(xué)運算函數(shù)等。這種設(shè)計增加了設(shè)計的復(fù)雜度。2、每個矢量輸入對應(yīng)一次浮點運算指令，每個矢量輸入包括FP指令和該指令相關(guān)聯(lián)的矢量數(shù)據(jù)。所述FP指令可以是任何FP運算，諸如FP加法、FP減法、FP乘法、FP除法、FP三角函數(shù)等。其中在處理本次浮點運算指令時，不能再次響應(yīng)矢量輸入，并等待本次運算結(jié)束后才能相應(yīng)其他的操作。這勢必降低了浮點的運算速度。為了降低矢量處理器的復(fù)雜度，本技術(shù)的矢量浮點運算裝置采用協(xié)處理器的方式。協(xié)處理器是一個處理單元，該處理單元與一個主處理單元一起使用來承擔通常由主處理單元執(zhí)行的運算。通常協(xié)處理器在硬件中能夠替代幾種軟件指令，從而實現(xiàn)代碼加速。為了提高運算速度及運算精度，在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，都會涉及到浮點的并行處理， 因此本技術(shù)公開一種基于矢量運算的浮點運算裝置。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)的基于矢量運算的浮點運算裝置，提出一種新的硬件結(jié)構(gòu)，采用協(xié)處理器的方式，在保證浮點所有運算的基礎(chǔ)上，提高了浮點的運算速度及降低了設(shè)計的復(fù)雜度。本技術(shù)的基于矢量運算的浮點運算裝置，如圖2所示，包括一個矢量處理器、 一個存儲器、一個矢量浮點協(xié)處理器和一個矢量浮點協(xié)處理器存儲器，矢量處理器與矢量浮點協(xié)處理器之間的總線接口可以采用通用的協(xié)處理器總線結(jié)構(gòu)。其中，矢量處理器，用于執(zhí)行指令代碼中的矢量處理指令，解析指令代碼并執(zhí)行相應(yīng)的運算，矢量處理器還用于把不能執(zhí)行的矢量浮點協(xié)處理器指令通過矢量浮點協(xié)處理器接口總線傳送給矢量浮點協(xié)處理器。存儲器，用于存儲矢量處理器的指令代碼及執(zhí)行指令代碼所需的數(shù)據(jù)。矢量浮點協(xié)處理器，用于執(zhí)行指令代碼中的矢量浮點協(xié)處理指令，解析指令代碼并執(zhí)行相應(yīng)的矢量浮點運算。矢量浮點協(xié)處理器存儲器，用于在本地存儲作為與被加載的數(shù)據(jù)字組合在一起而加以使用操作數(shù)的數(shù)據(jù)字。這種方案是考慮到許多現(xiàn)實中的計算情況。本特性通過在本地存儲頻繁需要的數(shù)據(jù)字而將其拓展，從而使得在矢量處理器和矢量浮點協(xié)處理之間所需要的數(shù)據(jù)通道容量被有益的減少。所述的矢量處理器包括指令存儲單元、數(shù)據(jù)存儲單元、指令讀取和分發(fā)單元、矢量數(shù)據(jù)處理單元、矢量寄存器組；所述的矢量浮點協(xié)處理器，如圖3所示，包括矢量浮點協(xié)處理器接口、指令隊列和分發(fā)單元、矢量數(shù)據(jù)處理單元、矢量浮點寄存器組及轉(zhuǎn)發(fā)單元，其中矢量浮點協(xié)處理器接口，用于把矢量處理器與矢量浮點協(xié)處理器連接起來，本接口可以采用局部總線協(xié)議，如AMBA(高級微控制器總線結(jié)構(gòu))總線、APU(高級外設(shè)總線)總線等。指令隊列和分發(fā)單元，用于將接收矢量處理器送來的指令代碼，解析指令代碼并發(fā)送給所有的矢量數(shù)據(jù)處理單元；矢量數(shù)據(jù)處理單元，用于執(zhí)行矢量浮點的各種運算，由矢量浮點加減法處理單元， 矢量浮點乘法處理單元，矢量浮點除法單元，矢量浮點三角函數(shù)處理單元組成。矢量浮點加減法處理單元，該單元用來執(zhí)行浮點的加減法運算；矢量浮點乘法處理單元，該單元用來執(zhí)行浮點的乘法運算；矢量浮點除法處理單元，該單元用來執(zhí)行浮點的除法運算；矢量浮點三角函數(shù)單元，該單元用于執(zhí)行浮點的三角函數(shù)運算；矢量浮點寄存器組及轉(zhuǎn)發(fā)單元，包含矢量浮點寄存器VRSO，VRSl，…VRSn，用于存放來自矢量浮點加減法處理單元、矢量浮點乘法處理單元、矢量浮點除法處理單元、矢量浮點三角函數(shù)單元的運算數(shù)據(jù)及運算結(jié)果數(shù)據(jù)，其轉(zhuǎn)發(fā)單元則從矢量浮點寄存器組中讀寫數(shù)據(jù)并傳遞到矢量處理器的矢量寄存器組中；下面詳細介紹每個單元的具體功能所述指令隊列和分發(fā)單元，其中，所述指令隊列接收矢量處理器送來的指令代碼， 所述分發(fā)單元把指令代碼分發(fā)給所有的執(zhí)行單元。所述指令代碼包括把矢量寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到矢量浮點寄存器中；把矢量浮點寄存器中的數(shù)據(jù)加載到矢量浮點協(xié)處理器中；把矢量浮點寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到矢量寄存器中；矢量浮點的加減法指令；矢量浮點的減法指令；矢量浮點的乘法指令；矢量浮點的除法指令；矢量浮點的三角函數(shù)指令；所述矢量浮點加減法處理單元，是當指令隊列和分發(fā)單元接收矢量處理器送來的矢量浮點指令代碼，如矢量浮點的加法和減法指令，讀取矢量浮點加減法指令，然后分發(fā)給所述矢量浮點加減法處理單元；所述矢量浮點加減法處理單元根據(jù)所述矢量浮點加或減指令將矢量浮點寄存器組中源的寄存器的內(nèi)容相加減，結(jié)果存入目的寄存器中，所述矢量浮點寄存器組源的寄存器為矢量浮點寄存器組中的一個或者幾個寄存器，所述目的寄存器為矢量浮點寄存器組的一個或者幾個寄存器。所述矢量浮點乘法處理單元，是當指令隊列和分發(fā)單元接收矢量處理器送來的矢量浮點指令代碼，讀取矢量浮點乘法指令，然后分發(fā)給所述矢量浮點乘法處理單元；所述矢量浮點乘法處理單元根據(jù)所述矢量浮點乘法指令將矢量寄存器組中源的寄存器的內(nèi)容相乘，結(jié)果存入目的寄存器中，所述矢量浮點寄存器組中源的寄存器為矢量浮點寄存器組中的一個或者幾個寄存器，所述目的寄存器為矢量浮點寄存器組的一個或者幾個寄存器。所述矢量浮點除法處理單元，指令隊列和分發(fā)單元接收矢量處理器送來的矢量浮點指令代碼，讀取矢量浮點除法指令，然后分發(fā)給所述矢量浮點除法處理單元；所述矢量浮點除法處理單元根據(jù)所述矢量浮點除法指令將矢量寄存器組中源的寄存器的內(nèi)容相除，結(jié)果存入目的寄存器中，所述矢量浮點寄存器組中源的寄存器為矢量浮點寄存器組中的一個或者幾個寄存器，所述目的寄存器為矢量浮點寄存器組的一個或者幾個寄存器。所述矢量浮點三角函數(shù)單元，指令隊列和分發(fā)單元接收矢量處理器送來的矢量浮點指令代碼，讀取矢量浮點三角指令，然后分發(fā)給所述矢量浮點三角函數(shù)處理單元；所述矢量浮點三角函數(shù)處理單元根據(jù)所述矢量浮點三角函數(shù)指令將矢量寄存器組中源的寄存器的內(nèi)容做三角運算，結(jié)果存入目的寄存器中，所述矢量浮點寄存器組中源的寄存器為矢量浮點寄存器組中的一個或者幾個寄存器，所述目的寄存器為矢量浮點寄存器組的一個或者幾個寄存器。所述矢量浮點寄存器組及轉(zhuǎn)發(fā)單元，包含矢量浮點寄存器VRS0，VRS1，’"VRSn,用于存放來自矢量數(shù)據(jù)處理單元的運算數(shù)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫瑞琛，
申請(專利權(quán))人：江蘇中科芯核電子科技有限公司，
類型：實用新型
國別省市：