專(zhuān)利名稱(chēng)：包含超越函數(shù)計(jì)算的處理器實(shí)現(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種包含超越函數(shù)計(jì)算的處理器實(shí)現(xiàn)裝置，屬數(shù)字信號(hào)處理器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，計(jì)算機(jī)對(duì)超越函數(shù)的計(jì)算，通常是采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于采用軟件的方式實(shí)現(xiàn)超越函數(shù)的求解，其速度較慢，故無(wú)法滿足對(duì)計(jì)算速度要求較高的場(chǎng)合，特別是無(wú)法滿足數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域中對(duì)對(duì)數(shù)及反三角函數(shù)之類(lèi)的超越函數(shù)的快速求解。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠快速實(shí)現(xiàn)對(duì)定點(diǎn)反正切、浮點(diǎn)倒數(shù)、浮點(diǎn)自然對(duì)數(shù)和浮點(diǎn)開(kāi)方進(jìn)行計(jì)算的包含超越函數(shù)計(jì)算的處理器實(shí)現(xiàn)裝置。其技術(shù)方案是一種包含超越函數(shù)計(jì)算的處理器實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于所述實(shí)現(xiàn)裝置依次由地址發(fā)生器和第一數(shù)據(jù)寄存器構(gòu)成的取數(shù)級(jí)，由tab0、tabl、兩個(gè)乘加模塊和第二數(shù)據(jù)寄存器構(gòu)成的執(zhí)行級(jí)，以及由截位模塊和標(biāo)志生成模塊構(gòu)成的寫(xiě)回級(jí)組成三級(jí)流水的架構(gòu)；取數(shù)級(jí)，根據(jù)控制信號(hào)和輸入數(shù)據(jù)，用于在地址發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生查表所需的地址，并將執(zhí)行級(jí)和寫(xiě)回級(jí)所需的控制信號(hào)、變換后的輸入數(shù)據(jù)以及地址信號(hào)寄存送到執(zhí)行級(jí)計(jì)算；執(zhí)行級(jí)，用于完成定點(diǎn)反正切、浮點(diǎn)倒數(shù)、浮點(diǎn)自然對(duì)數(shù)和浮點(diǎn)開(kāi)方的計(jì)算；寫(xiě)回級(jí)，用于標(biāo)志的生成以及運(yùn)算結(jié)果的截位輸出。其技術(shù)效果是本實(shí)用新型首先通過(guò)取數(shù)級(jí)將接收的數(shù)據(jù)表示成定點(diǎn)或浮點(diǎn)的形式，將其作為執(zhí)行超越函數(shù)計(jì)算的輸入值；然后通過(guò)執(zhí)行級(jí)將特定函數(shù)按照泰勒公式展開(kāi)， 根據(jù)計(jì)算精度要求提取泰勒級(jí)數(shù)部分分項(xiàng)構(gòu)成乘加形式，并通過(guò)查找表的方式獲取部分分項(xiàng)值，在1個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成超越函數(shù)的近似值計(jì)算；最后通過(guò)寫(xiě)回級(jí)對(duì)中間計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，獲取最終結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)定點(diǎn)反正切、浮點(diǎn)倒數(shù)、浮點(diǎn)自然對(duì)數(shù)和浮點(diǎn)開(kāi)方的快速計(jì)算。

圖1為本實(shí)用新型的電路框圖。圖2為定點(diǎn)反正切arctg(X)的實(shí)現(xiàn)流程圖。圖3為浮點(diǎn)倒數(shù)1/x的實(shí)現(xiàn)流程圖。圖4為浮點(diǎn)自然對(duì)數(shù)In(X)的實(shí)現(xiàn)流程圖。圖5為浮點(diǎn)開(kāi)方sqrt(x)的實(shí)現(xiàn)流程圖。
具體實(shí)施方式
3[0014]如圖1所示，一種包含超越函數(shù)計(jì)算的處理器實(shí)現(xiàn)裝置，依次由取數(shù)級(jí)、執(zhí)行級(jí)和寫(xiě)回級(jí)組成三級(jí)流水的架構(gòu)。取數(shù)級(jí)由地址發(fā)生器和第一數(shù)據(jù)寄存器構(gòu)成，根據(jù)控制信號(hào)和輸入數(shù)據(jù)，用于在地址發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生查表所需的地址，并將執(zhí)行級(jí)和寫(xiě)回級(jí)所需的控制信號(hào)、變換后的輸入數(shù)據(jù)以及地址信號(hào)寄存送到執(zhí)行級(jí)計(jì)算。執(zhí)行級(jí)由tabO、tabl、兩個(gè)乘加模塊和第二數(shù)據(jù)寄存器構(gòu)成，主要用于完成1/x、 sqrt(x)和In (χ)的計(jì)算。其中，tabO中包含有用于查詢的rec_tab、rec2_tab、sqr_tab、 recsqr_tab 禾口 ln_t￡ib 21 ; ^ Tabl ^^fSWfflTSi^W arctg_tabO> arctg_tabl> sqr_ tab_fix和recsqr_tab_fix四張表，以及一個(gè)用于計(jì)算spxln(2)的Iffi^xlgto的乘法器。 通過(guò)Tabl可以完成arctanOO以及浮點(diǎn)指數(shù)為奇數(shù)的開(kāi)方運(yùn)算。TabO的查表結(jié)果通過(guò)乘加模塊后可以直接得到1/x的計(jì)算結(jié)果。計(jì)算開(kāi)方sqrt(x)時(shí)只能得到源操作數(shù)的浮點(diǎn)指數(shù)(無(wú)偏)為偶數(shù)的值，即sqrt(zQ+Xl)= sqrt(x0) + 0.5xx1/sqrt(x0)，浮點(diǎn)指數(shù)(無(wú)偏)為奇數(shù)的值需根據(jù)tabl中查表結(jié)果計(jì)算，最終的計(jì)算結(jié)果要根據(jù)指數(shù)的奇偶性通過(guò)選擇輸出。計(jì)算In(X)時(shí)利用tabO計(jì)算得到1^(1^) + 111(14^/ )，利用tabl計(jì)算得到《φχ1η(2)，最終合
成In (X)= In(X0)Ito(Rji1ZX0) +expxln(2)。寫(xiě)回級(jí)由截位模塊和標(biāo)志生成模塊構(gòu)成，主要用于標(biāo)志的生成以及運(yùn)算結(jié)果的截位輸出。標(biāo)志寄存器分為浮點(diǎn)溢出，定點(diǎn)溢出及浮點(diǎn)非數(shù)，能夠產(chǎn)生浮點(diǎn)溢出標(biāo)志的主要有兩種情況一是計(jì)算浮點(diǎn)倒數(shù)時(shí)輸入數(shù)據(jù)為浮點(diǎn)0 ；二是計(jì)算浮點(diǎn)開(kāi)方時(shí)輸入數(shù)據(jù)為浮點(diǎn)的無(wú)窮大。當(dāng)浮點(diǎn)運(yùn)算的輸入源操作數(shù)為非數(shù)時(shí)，將產(chǎn)生浮點(diǎn)非數(shù)標(biāo)志。只有計(jì)算ln(o) 時(shí)才會(huì)產(chǎn)生定點(diǎn)溢出標(biāo)志。截位模塊主要完成計(jì)算結(jié)果的修正，并將最終結(jié)果截?cái)喑?2位數(shù)據(jù)輸出。其實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)反正切arctg(X)，浮點(diǎn)倒數(shù)l/χ，浮點(diǎn)自然對(duì)數(shù)In (χ)及浮點(diǎn)開(kāi)方sqrt (χ)計(jì)算的流程如下1、完成32位定點(diǎn)數(shù)據(jù)的反正切計(jì)算反正切的計(jì)算結(jié)果為16位定點(diǎn)數(shù)。在數(shù)學(xué)意義上，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)arctg(X)所能接受的源操作數(shù)χ，是一個(gè)大于等于-1，小于1的數(shù)。所得到結(jié)果，是把W，65536)區(qū)間歸一化到[0，2Π)區(qū)間所得到的數(shù)值，即，若本實(shí)用新型取得一個(gè)結(jié)果Φ，那么數(shù)學(xué)意義上的弧度結(jié)果應(yīng)該是ΦΧ(2Π/ 65536)。具體實(shí)現(xiàn)如下所示arctg(x)白勺 Talor 展開(kāi)式為 arctg(K) = χ —χ3/3 + xJ/5 —χ7/7 + χ9/9+......,令|x| = h0x2_1 + asx2_2+......+ ajχ2"30 + a0 χ2"31 ,取
x0 = a30 χ 2Γ1 + a29 χ 2-2 +......+ a23 χ 2"8 , X1 ^a23 χ 2^1 +a21 χ 2-10 +......+ a_23 χ 2-23，則arctg (| χ |)可表示成arctg (| χ |) =arctg (Xc^X1) = (Xc^X1) - (Xc^X1) 3/3+ (Xc^X1) 5/5_ (Xc^X1)1/1+......= x0-x03/ 3+x05/ 5-x07/ 7+......+X1 (l-x02+x04-x06+......) +X12 X0 (1-2 X02 + 3 X04-4 X06+......) +......= arctg (x0) +X1 (l+x02) ^+X12X0 (l+x02) ............(1)
4[0028]如圖2所示，在地址發(fā)生器中，首先計(jì)算χ的絕對(duì)值|x|，即公式(1)中的
權(quán)利要求1.包含超越函數(shù)計(jì)算的處理器實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于所述實(shí)現(xiàn)裝置依次由取數(shù)級(jí)、 執(zhí)行級(jí)和寫(xiě)回級(jí)組成三級(jí)流水的架構(gòu)；取數(shù)級(jí)由地址發(fā)生器和第一數(shù)據(jù)寄存器構(gòu)成，根據(jù)控制信號(hào)和輸入數(shù)據(jù)，用于在地址發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生查表所需的地址，并將執(zhí)行級(jí)和寫(xiě)回級(jí)所需的控制信號(hào)、變換后的輸入數(shù)據(jù)以及地址信號(hào)寄存送到執(zhí)行級(jí)計(jì)算；執(zhí)行級(jí)由tabo、tabl兩個(gè)乘加模塊和第二數(shù)據(jù)寄存器構(gòu)成，用于完成定點(diǎn)反正切、浮點(diǎn)倒數(shù)、浮點(diǎn)自然對(duì)數(shù)和浮點(diǎn)開(kāi)方的計(jì)算；寫(xiě)回級(jí)由截位模塊和標(biāo)志生成模塊構(gòu)成，用于標(biāo)志的生成以及運(yùn)算結(jié)果的截位輸出。
專(zhuān)利摘要包含超越函數(shù)計(jì)算的處理器實(shí)現(xiàn)裝置，屬數(shù)字信號(hào)處理器技術(shù)領(lǐng)域。其目的是提供一種能夠快速實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)反正切、浮點(diǎn)倒數(shù)、浮點(diǎn)自然對(duì)數(shù)和浮點(diǎn)開(kāi)方計(jì)算的硬件。該硬件電路依次由地址發(fā)生器和第一數(shù)據(jù)寄存器構(gòu)成的取數(shù)級(jí)，由tab0、tab1、兩個(gè)乘加模塊和第二數(shù)據(jù)寄存器構(gòu)成的執(zhí)行級(jí)，以及由截位模塊和標(biāo)志生成模塊構(gòu)成的寫(xiě)回級(jí)組成三級(jí)流水的架構(gòu)；取數(shù)級(jí)用于產(chǎn)生查表所需的地址，并將執(zhí)行級(jí)和寫(xiě)回級(jí)所需的控制信號(hào)、變換后的輸入數(shù)據(jù)以及地址信號(hào)寄存送到執(zhí)行級(jí)計(jì)算；執(zhí)行級(jí)用于完成定點(diǎn)反正切、浮點(diǎn)倒數(shù)、浮點(diǎn)自然對(duì)數(shù)和浮點(diǎn)開(kāi)方的運(yùn)算；寫(xiě)回級(jí)用于標(biāo)志的生成以及運(yùn)算結(jié)果的截位輸出。
文檔編號(hào)G06F7/544GK202075727SQ20112005276
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者劉小明, 宋何娟, 洪一, 鐘小艷, 龔曉華 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所