一種浮點數乘加器融合處理裝置及方法

2023-09-16 14:42:30 1

專利名稱：一種浮點數乘加器融合處理裝置及方法
技術領域：
本發明涉及計算機或數位訊號處理器的核心計算單元(Central ProcessingUnit(CPU))領域，特別涉及一種浮點複數乘加器融合處理裝置及方法。
背景技術：
在計算機發明後，研究人員就一直圍繞著計算基本單元的設計展開了大量的研究工作，尤其是複數形式的浮點數乘法和加法，以及乘加級聯方面的設計。到目前為止，在浮點乘加設計方面申請的專利也很多，例如，專利「一種浮點複數乘法器」(陳澤宗，何亮，柯亨玉，武漢大學)。但是，該方法只分析了乘法的方法，沒有進一步分析乘法輸出到加法輸入的接口如何進行簡化。另外一個已經申請的專利「最佳化微處理器執行x87浮點加法指令的裝置及方法」(湯姆.艾爾摩，泰瑞.派克斯，威盛電子股份有限公司)，該方法更注重闡述指令對浮點數執行效率的影響，沒有細化到硬體具體如何實現。

發明內容
本發明的目的在於，提供一種浮點複數乘加器融合處理裝置，能夠更好地應用於傅立葉變換的蝶形運算，能夠簡化運算步驟，在硬體實現上容易實現節省資源，用較少資源解決了浮點複數乘加的運算。本發明的另一目的在於，提供一種浮點複數乘加器融合處理方法，能夠更好地應用於傅立葉變換的蝶形運算，能夠簡化運算步驟，在硬體實現上容易實現節省資源，用較少資源解決了浮點複數乘加的運算。本發明的浮點數乘加器融合處理方法，包括把浮點複數乘數和被乘數的實部和虛部分解輸入到浮點乘法模塊MO和M1，先進行浮點乘法運算，該輸出結果用進位位和部分和表示乘積，並且把該乘積輸入到浮點加法模塊A2進行浮點加法運算，該輸出結果用進位位和部分和表示相加運算，再把該表示相加運算的輸出結果同時輸入到浮點加法模塊AO 和Al，再把外部輸入的加數也輸入到浮點加法模塊AO和Al，進行浮點加法運算，最後輸出運算結果。其中，在把浮點複數乘數和被乘數的實部和虛部分解輸入到浮點乘法模塊MO和 Ml是指，輸入MO的數據分別是\和bp輸入Ml的數據分別是 和bi; MO和Ml分別進行浮點數的乘法運算，其中，^為浮點複數乘數的實部；札為浮點複數被乘數的實部；^為浮點複數乘數的虛部辦為浮點複數被乘數的虛部。其中，乘法模塊MO和Ml，先進行浮點乘法運算，該輸出結果用進位位和部分和表示的乘積，並且把該表示的乘積輸入到浮點加法模塊A2進行浮點加法運算是iijbr-ajbi。其中，把浮點加法模塊A2表示的和同時輸入浮點加法模塊AO和Al，再把外部輸入的加數也輸入到浮點加法模塊AO和Al進行浮點加法運算是指在浮點加法模塊AO和Al 中分別執行 ajbr-a^bi+Cr 和 ajbr-a^bi-Cr。
其中，對所述AO和Al分別執行的Eljbr-E^bi+Cr和 補廠 補^。進行規格化運算，轉換成標準浮點數格式，該結果是傅立葉變換一個蝶形運算的實部結果。其中，在把浮點複數乘數和被乘數的實部和虛部分解輸入到浮點乘法模塊MO和 Ml是指，輸入MO的數據分別是\和輸入Ml的數據分別是 和Iv MO和Ml分別進行浮點數的乘法運算。其中，乘法模塊MO和M1，先進行浮點乘法運算，該輸出結果用進位位和部分和表示的乘積，並且把該表示的乘積輸入到浮點加法模塊A2進行浮點加法運算是ii斤bi+ajlv另外，把浮點加法模塊A2表示的和同時輸入浮點加法模塊AO和Al，再把外部輸入的加數也輸入到浮點加法模塊AO和Al進行浮點加法運算是指在浮點加法模塊AO和Al 中分別執行 Eijbi+i^br+Ci 和 ajbi+a^br-Ci。其中，對所述AO和Al分別執行的Eljbi+E^br+Ci和Eljbi+i^br-Ci進行規格化運算，轉換成標準浮點數格式，該結果是傅立葉變換一個蝶形運算的虛部結果。本發明的浮點數乘加器融合處理裝置，其中，包括第一浮點數乘法運算模塊M0、第二浮點數乘法運算模塊Ml、第一浮點數加法運算模塊AO、第二浮點數加法運算模塊Al、第三浮點數加法運算模塊A2，其中，所述第一浮點數乘法運算模塊M0，用於接收輸入的被乘數和乘數的實部^和Iv進行浮點乘法運算，並將輸出結果用進位位和部分和表示的乘積輸入到第三浮點數加法運算模塊A2中；並且，用於進一步接收輸入的被乘數的虛部h和乘數的實部^，進行浮點乘法運算，並將輸出結果用進位位和部分和表示的乘積輸入到第三浮點數加法運算模塊A2中；第二浮點數乘法運算模塊M1，用於接收輸入的被乘數和乘數的虛部％和進行浮點乘法運算，並將輸出結果用進位位和部分和表示的乘積輸入到第三浮點數加法運算模塊A2中；並且，用於進一步接收輸入的被乘數的實部b,和乘數的虛部％，進行浮點乘法運算，並將輸出結果用進位位和部分和表示的乘積輸入到第三浮點數加法運算模塊A2中；第三浮點數加法運算模塊A2，用於根據第一浮點數乘法運算模塊MO 和第二浮點數乘法運算模塊Ml輸入的乘積進行浮點加法運算然後將輸出結果發送至第一浮點數加法運算模塊AO和第二浮點數加法運算模塊Al ；並進一步用於根據第一浮點數乘法運算模塊MO和第二浮點數乘法運算模塊Ml輸入的乘積進行浮點加法運算 ii斤bi+a^V然後將輸出結果發送至第一浮點數加法運算模塊AO和第二浮點數加法運算模塊Al ；第一浮點數加法運算模塊A0，用於將第三浮點數加法運算模塊A2發送來的兩次結果分別加c,和Ci ；第二浮點數加法運算模塊Al，用於將第三浮點數加法運算模塊A2發送來的兩次結果分別減q和Ci。本發明的有益效果是依照本發明的浮點數乘加器融合處理裝置及方法，強調的是浮點複數乘加融合結構的特殊應用，在許多已經申請的關於浮點複數運算的專利中，很多都強調的是如何優化浮點複數數乘加的運算本身，沒有強調應用，本發明在浮點複數基本結構的基礎上，進行了改進，適用於傅立葉變換中蝶形的運算，並且能夠簡化運算步驟； 另外，本發明在硬體實現上簡單易行，在硬體實現上容易實現節省資源，用較少資源解決了浮點複數乘加的運算。


圖1為本發明實施例的浮點數乘加器融合處理方法的流程5
圖2為本發明實施例的浮點數乘加器融合處理裝置的結構示意圖。
具體實施例方式以下，參考附圖1 2詳細描述本發明的浮點數乘加器融合處理裝置及方法。本發明的核心思想是把浮點複數乘數和被乘數的實部和虛部分解輸入到浮點乘法模塊MO和M1，數據先進行浮點乘法運算，輸出結果用進位位和部分和表示的乘積，並且把結果輸入到浮點加法模塊A2進行加法運算，輸出的也是進位位和部分和表示的和的形式，再把結果同時輸入浮點加法模塊AO和Al，再把外部輸入的加數和被加數也輸入到浮點加法模塊AO和Al，進行浮點加法運算，最後輸出運算結果。由於傅立葉計算需要大量蝶形運算，並且這些蝶形輸入的數據都是浮點複數，所以每次蝶形運算需要4次浮點數的乘法和6次浮點數的加法。如下是一次蝶形運算的計算公式Z = AjBjCi;其中，Z，Ai, Bi, Ci分別是浮點複數。也就是說Ai = at+a^j ；Bi = Vbi=Kj ；Ci = Cr+Ci*j ；如圖1所示，本發明實施例的浮點數乘加器融合處理方法，包括下列步驟步驟100 對輸入的被乘數和乘數的實部和虛部分別輸入到MO和Ml模塊，進行浮點乘法運算。例如，輸入MO的數據分別是^和札，輸入Ml的數據分別是 和1^，MO和Ml 分別進行浮點數的乘法運算。步驟200 把MO和Ml的輸出結果用進位位和部分和表示的乘積，並輸入到A2模塊中，進行浮點加法運算，即a^b.-a^bi步驟300 把A2的輸出結果分別輸入到AO和Al模塊，同時將c,輸入到AO和Al， 進行浮點加法運算。例如，在AO和Al中分別執行a^br-a^bi+Cra^-a^b^步驟400 對AO和Al結果進行規格化運算，轉換成標準浮點數格式。這個結果是傅立葉變換一個蝶形運算的實部結果。其中，在步驟400中，進行規格化運算是當AO和Al的指數結果不同時，大的指數比小的指數大N，將小的指數加N，並將小的指數附帶的尾數的小數點左移N位。例如AO = 5，Al = 2，此時，將Al的指數加3，變為5，然後將Al的附帶的尾數的小數點向左移3位， 最後將AO和Al的附帶的尾數相加。該相加後的結果是傅立葉變換一個蝶形運算的實部結果。步驟500 將步驟100中輸入MO的數據變為\和bi;輸入Ml的數據變為 和Iv MO和Ml分別進行浮點數的乘法運算。步驟600 把MO和Ml的輸出結果用進位位和部分和表示的乘積，並輸入到A2模塊中，進行浮點加法運算。
a^bi+a^b,步驟700 把A2的輸出結果分別輸入到AO和Al模塊，同時將Ci輸入到AO和Al， 進行浮點加法運算。例如，在AO和Al中分別執行ar^hi+ai^hr+ciar^hi+ai^hr~ci步驟800 對AO和Al結果進行規格化運算，轉換成標準浮點數格式。這個結果是傅立葉變換一個蝶形運算的虛部結果。其中，在步驟800中，進行規格化運算是當AO和Al的指數結果不同時，大的指數比小的指數大N，將小的指數加N，並將小的指數附帶的尾數的小數點左移N位。例如AO = 5，Al = 2，此時，將Al的指數加3，變為5，然後將Al的附帶的尾數的小數點向左移3位， 最後將AO和Al的附帶的尾數相加。該相加後的結果是傅立葉變換一個蝶形運算的虛部結^ ο如圖2所示，為本發明實施例的浮點數乘加器融合處理裝置的結構示意圖。該裝置，包括第一浮點數乘法運算模塊M0、第二浮點數乘法運算模塊Ml、第一浮點數加法運算模塊AO、第二浮點數加法運算模塊Al、第三浮點數加法運算模塊A2以及用於暫存數據的寄存器Reg。其中，第一浮點數乘法運算模塊M0，用於接收輸入的被乘數和乘數的實部^和札， 進行浮點乘法運算，並將輸出結果用進位位和部分和表示的乘積輸入到第三浮點數加法運算模塊A2中；並且，用於進一步接收輸入的被乘數的虛部h和乘數的實部^，進行浮點乘法運算，並將輸出結果用進位位和部分和表示的乘積輸入到第三浮點數加法運算模塊A2 中；第二浮點數乘法運算模塊M1，用於接收輸入的被乘數和乘數的虛部 和、，進行浮點乘法運算，並將輸出結果用進位位和部分和表示的乘積輸入到第三浮點數加法運算模塊A2中；並且，用於進一步接收輸入的被乘數的實部\和乘數的虛部％，進行浮點乘法運算，並將輸出結果用進位位和部分和表示的乘積輸入到第三浮點數加法運算模塊A2中；第三浮點數加法運算模塊A2，用於根據第一浮點數乘法運算模塊MO和第二浮點數乘法運算模塊Ml輸入的乘積進行浮點加法運算(ajbr-ajbi)，然後將輸出結果發送至第一浮點數加法運算模塊AO和第二浮點數加法運算模塊Al ；並進一步用於根據第一浮點數乘法運算模塊MO和第二浮點數乘法運算模塊Ml輸入的乘積進行浮點加法運算 (a jbi+ajb,)，然後將輸出結果發送至第一浮點數加法運算模塊AO和第二浮點數加法運算模塊Al ；第一浮點數加法運算模塊A0，用於將第三浮點數加法運算模塊A2發送來的結果力口 cr，艮口 a^br—ajbi+Cr 禾口 a^bi+ajbr+Cr ；第二浮點數加法運算模塊Al，用於將第三浮點數加法運算模塊A2發送來的結果 M cr,艮口 ar^br-ai^bi-cr 禾口氺IDfai^br-Cr0規格化模塊，用於將AO和Al的結果進行規格化，轉換成標準浮點數的格式，將相應的結果作為傅立葉變換一個蝶形運算的實部結果和虛部結果。具體地，在AO為Eijb廠ajbi+c^Al為廠ajbi-q時，如果AO和Al的指數結果不同，大的指數比小的指數大N，將小的指數加N，並將小的指數附帶的尾數的小數點左移N位，並將AO中的E^br-ajbi+C,和Al中的E^br-Eljbi-Cr的附帶的尾數相加。該相加後的結果是傅立葉變換一個蝶形運算的實部結果。在AO為ii斤bi+ajbr+c^Al為iijbi+ajbr-Cr 時，如果AO和Al的指數結果不同，大的指數比小的指數大N，將小的指數加N，並將小的指數附帶的尾數的小數點左移N位，並將AO中的Eljbi+ajbr+Cr和Al中的Eljbi+ajbr-Cr的附帶的尾數相加。該相加後的結果是傅立葉變換一個蝶形運算的虛部結果。綜上所述，依照本發明的浮點數乘加器融合處理裝置及方法，突破現有技術中過分強調浮點複數的單純注重乘加運算的優化，更注重強調這種結構應用於傅立葉變換的蝶形運算中；另外，本發明用較少資源解決了浮點複數乘加的運算，與現有技術和裝置相比， 取得了設計簡單易行的目的，達到了既實現了系統要求的功能又精簡了硬體設計的效果， 節省了硬體資源的開銷，提高了產品競爭力等，是一種高效的裝置。以上是為了使本領域普通技術人員理解本發明，而對本發明所進行的詳細描述， 但可以想到，在不脫離本發明的權利要求所涵蓋的範圍內還可以做出其它的變化和修改， 這些變化和修改均在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種浮點數乘加器融合處理方法，其特徵在於，把浮點複數乘數和被乘數的實部和虛部分解輸入到浮點乘法模塊MO和M1，先進行浮點乘法運算，該輸出結果用進位位和部分和表示乘積，並且把該乘積輸入到浮點加法模塊A2進行浮點加法運算，該輸出結果用進位位和部分和表示相加運算，再把該表示相加運算的輸出結果同時輸入到浮點加法模塊AO 和Al，再把外部輸入的加數也輸入到浮點加法模塊AO和Al，進行浮點加法運算，最後輸出運算結果。
2.如權利要求1所述的浮點數乘加器融合處理方法，其特徵在於，在把浮點複數乘數和被乘數的實部和虛部分解輸入到浮點乘法模塊MO和Ml是指，輸入MO的數據分別是^和 Iv輸入Ml的數據分別是％和bi; MO和Ml分別進行浮點數的乘法運算，其中，ar為浮點複數乘數的實部；札為浮點複數被乘數的實部叫為浮點複數乘數的虛部屯為浮點複數被乘數的虛部。
3.如權利要求2所述的浮點數乘加器融合處理方法，其特徵在於，乘法模塊MO和Ml， 先進行浮點乘法運算，該輸出結果用進位位和部分和表示的乘積，並且把該表示的乘積輸入到浮點加法模塊A2進行浮點加法運算是
4.如權利要求3所述的浮點數乘加器融合處理方法，其特徵在於，把浮點加法模塊 A2表示的和同時輸入浮點加法模塊AO和Al，再把外部輸入的加數也輸入到浮點加法模塊 AO和Al進行浮點加法運算是指在浮點加法模塊AO和Al中分別執行、^^- 補廣。和 ar;!<br-ai;!<bi-cro
5.如權利要求4所述的浮點數乘加器融合處理方法，其特徵在於，對所述AO和Al分別執行的iijbr-ajbi+c,和iijbr-ajbi-c,進行規格化運算，轉換成標準浮點數格式，該結果是傅立葉變換一個蝶形運算的實部結果。
6.如權利要求1所述的浮點數乘加器融合處理方法，其特徵在於，在把浮點複數乘數和被乘數的實部和虛部分解輸入到浮點乘法模塊MO和Ml是指，輸入MO的數據分別是^和 bi;輸入Ml的數據分別是％和b,，MO和Ml分別進行浮點數的乘法運算。
7.如權利要求6所述的浮點數乘加器融合處理方法，其特徵在於，乘法模塊MO和Ml， 先進行浮點乘法運算，該輸出結果用進位位和部分和表示的乘積，並且把該表示的乘積輸入到浮點加法模塊A2進行浮點加法運算是iijbi+ajlv
8.如權利要求7所述的浮點數乘加器融合處理方法，其特徵在於，把浮點加法模塊 A2表示的和同時輸入浮點加法模塊AO和Al，再把外部輸入的加數也輸入到浮點加法模塊 AO和Al進行浮點加法運算是指在浮點加法模塊AO和Al中分別執行iijbi+ajbr+Ci和
9.如權利要求8所述的浮點數乘加器融合處理方法，其特徵在於，對所述AO和Al分別執行的iijbi+ajbr+Ci和iijbi+ajbr-Ci進行規格化運算，轉換成標準浮點數格式，該結果是傅立葉變換一個蝶形運算的虛部結果。
10.一種浮點數乘加器融合處理裝置，其特徵在於，包括第一浮點數乘法運算模塊Mo、 第二浮點數乘法運算模塊Ml、第一浮點數加法運算模塊AO、第二浮點數加法運算模塊Al、 第三浮點數加法運算模塊A2，其中，所述第一浮點數乘法運算模塊M0，用於接收輸入的被乘數和乘數的實部^和bp進行浮點乘法運算，並將輸出結果用進位位和部分和表示的乘積輸入到第三浮點數加法運算模塊A2中；並且，用於進一步接收輸入的被乘數的虛部h和乘數的實部^，進行浮點乘法運算，並將輸出結果用進位位和部分和表示的乘積輸入到第三浮點數加法運算模塊A2中；第二浮點數乘法運算模塊M1，用於接收輸入的被乘數和乘數的虛部％和bi;進行浮點乘法運算，並將輸出結果用進位位和部分和表示的乘積輸入到第三浮點數加法運算模塊A2 中；並且，用於進一步接收輸入的被乘數的實部札和乘數的虛部％，進行浮點乘法運算，並將輸出結果用進位位和部分和表示的乘積輸入到第三浮點數加法運算模塊A2中；第三浮點數加法運算模塊A2，用於根據第一浮點數乘法運算模塊MO和第二浮點數乘法運算模塊Ml輸入的乘積進行浮點加法運算然後將輸出結果發送至第一浮點數加法運算模塊AO和第二浮點數加法運算模塊Al ；並進一步用於根據第一浮點數乘法運算模塊MO和第二浮點數乘法運算模塊Ml輸入的乘積進行浮點加法運算ajbi+ajb,，然後將輸出結果發送至第一浮點數加法運算模塊AO和第二浮點數加法運算模塊Al ；第一浮點數加法運算模塊A0，用於將第三浮點數加法運算模塊A2發送來的兩次結果分別加q和Ci ；第二浮點數加法運算模塊Al，用於將第三浮點數加法運算模塊A2發送來的兩次結果分別減q和Ci。
全文摘要
本發明提供一種浮點數乘加器融合處理裝置及方法，其中，該方法包括把浮點複數乘數和被乘數的實部和虛部分解輸入到浮點乘法模塊M0和M1，先進行浮點乘法運算，該輸出結果用進位位和部分和表示乘積，並且把該乘積輸入到浮點加法模塊A2進行浮點加法運算，該輸出結果用進位位和部分和表示相加運算，再把表示相加運算的輸出結果同時輸入到浮點加法模塊A0和A1，再把外部輸入的加數也輸入到浮點加法模塊A0和A1，進行浮點加法運算，最後輸出運算結果。本發明能夠更好地應用於傅立葉變換的蝶形運算，能夠簡化運算步驟，在硬體實現上容易實現節省資源，用較少資源解決了浮點複數乘加的運算。
文檔編號G06F7/57GK102339217SQ20101023745
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月27日 優先權日2010年7月27日
發明者田丙辛 申請人:中興通訊股份有限公司