基于fpga進(jìn)行除法操作的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于FPGA進(jìn)行除法操作的方 法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）技術(shù)的成熟，采用FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的方法 應(yīng)用越來越廣泛。
[0003] FPGA其內(nèi)部由大量的門陣列組成，可以進(jìn)行各種復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)運(yùn)算處理，只能 對(duì)定點(diǎn)數(shù)值進(jìn)行運(yùn)算，并且除法運(yùn)算要求除數(shù)必須是2的指數(shù)冪的形式，即除法運(yùn)算只能 是對(duì)1至2 32范圍內(nèi)的整數(shù)進(jìn)行除法運(yùn)算，對(duì)于其它數(shù)值，由于不能映射到實(shí)際物理器件中， 故無法完成除法運(yùn)算。
[0004] 一般的，F(xiàn)PGA采用單獨(dú)設(shè)置除法模塊，由除法模塊直接完成除法操作，或者直接存 儲(chǔ)2 32個(gè)需要進(jìn)行除法操作的除數(shù)的倒數(shù)，然后采用乘法操作的方式，完成除法操作。
[0005] 然而采用上述單獨(dú)設(shè)置除法模塊的方式，對(duì)于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，需要設(shè)置不同的 除法模塊，即每次都需要重新設(shè)計(jì)除法模塊，并且占用的邏輯資源較多。采用直接存儲(chǔ)2 32 個(gè)需要計(jì)算的除數(shù)的倒數(shù)的方式，一般需要消耗〇 (232)量級(jí)的邏輯資源，占用的邏輯資源 也比較多。
[0006] 現(xiàn)有FPGA中實(shí)現(xiàn)除法操作時(shí)，需要占用較多的邏輯資源，并且由于硬件資源的限 制，現(xiàn)有的FPGA實(shí)現(xiàn)除法操作的方法，進(jìn)行除法操作的數(shù)值范圍有限，例如存儲(chǔ)2 32個(gè)需要 計(jì)算的除數(shù)的倒數(shù)的方式，只能實(shí)現(xiàn)232個(gè)數(shù)值的除法運(yùn)算，故如何提供一種資源消耗少， 數(shù)據(jù)范圍大的除法計(jì)算方法，亟待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種基于FPGA進(jìn)行除法操作的方法及裝置，以減少資源消 耗，并擴(kuò)大進(jìn)行除法運(yùn)算的數(shù)值計(jì)算范圍。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0009] 本發(fā)明一方面提供了一種基于FPGA進(jìn)行除法操作的方法，包括：
[0010] 獲取進(jìn)行除法操作中作為除數(shù)、并以十進(jìn)制表示的第一數(shù)據(jù)項(xiàng)；
[0011] 判斷所述第一數(shù)據(jù)項(xiàng)是否與預(yù)設(shè)的、包含有設(shè)定數(shù)據(jù)項(xiàng)倒數(shù)的存儲(chǔ)表中的數(shù)據(jù)項(xiàng) 相同；
[0012] 若是，則直接調(diào)用所述存儲(chǔ)表中與所述第一數(shù)據(jù)項(xiàng)相同的數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)，作為所 述第一數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)；
[0013] 若否，則將所述第一數(shù)據(jù)項(xiàng)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制并進(jìn)行移位操作，使得移位操作后對(duì)應(yīng) 的十進(jìn)制數(shù)據(jù)項(xiàng)能夠在所述存儲(chǔ)表中查找到對(duì)應(yīng)的第二數(shù)據(jù)項(xiàng)，調(diào)用所述存儲(chǔ)表中所述 第二數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)，將所述第二數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制并進(jìn)行反向相同位數(shù)的移位操 作，得到所述第一數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)；
[0014] 將所述第一數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)與進(jìn)行除法操作中作為被除數(shù)的數(shù)據(jù)項(xiàng)相乘，完成除法 操作。
[0015] 本發(fā)明提供的基于FPGA進(jìn)行除法操作的方法，通過在存儲(chǔ)表中存儲(chǔ)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)項(xiàng) 的倒數(shù)，無需存儲(chǔ)全部的數(shù)據(jù)項(xiàng)，減少了資源消耗，并且在進(jìn)行除法操作時(shí)，通過判斷作為 除數(shù)的第一數(shù)據(jù)項(xiàng)是否在預(yù)設(shè)的存儲(chǔ)表中，若是，則直接調(diào)用存儲(chǔ)表中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒 數(shù)，若不是，則采用移位運(yùn)算方式在存儲(chǔ)表中確定第二數(shù)據(jù)項(xiàng)，通過第二數(shù)據(jù)項(xiàng)確定作為除 數(shù)的第一數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)，擴(kuò)大了 FPGA中進(jìn)行除法操作的數(shù)值范圍。
[0016] 優(yōu)選的，獲取進(jìn)行除法操作中作為除數(shù)的第一數(shù)據(jù)項(xiàng)之前，該方法還包括：
[0017] 將21至2i+1_l之間的整數(shù)的倒數(shù)作為所述存儲(chǔ)表中設(shè)定數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)，存儲(chǔ)在所 述存儲(chǔ)表中，其中i為存儲(chǔ)表中確定存儲(chǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)對(duì)應(yīng)的冪值，i的取值為i=〇，l，2,3,…， 32,以使存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)項(xiàng)盡可能少，并使計(jì)算結(jié)果唯一。
[0018] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述將21至2i+1-l之間的整數(shù)的倒數(shù)作為所述存儲(chǔ)表中的設(shè)定數(shù) 據(jù)項(xiàng)倒數(shù)，存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)表中，具體包括：
[0019] 將25至26-1之間的整數(shù)的倒數(shù)作為所述存儲(chǔ)表中設(shè)定數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)，存儲(chǔ)在所述 存儲(chǔ)表中。
[0020] 本發(fā)明中選擇25至26_1之間的整數(shù)的倒數(shù)作為所述存儲(chǔ)表中設(shè)定數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)， 能夠較好的滿足存儲(chǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)目少，計(jì)算精度高的要求。
[0021] 具體的，將所述第一數(shù)據(jù)項(xiàng)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制并進(jìn)行移位操作，使得移位操作后對(duì)應(yīng) 的十進(jìn)制數(shù)據(jù)項(xiàng)能夠在所述存儲(chǔ)表中查找到對(duì)應(yīng)的第二數(shù)據(jù)項(xiàng)，具體包括：
[0022] 將所述第一數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)換，得到二進(jìn)制表示的第一數(shù)據(jù)項(xiàng)；
[0023] 采用公式X= [log2M]_i，確定移位的位數(shù)，其中M為第一數(shù)據(jù)項(xiàng)，X為移位的位 數(shù)，符號(hào)□表示向下取整；
[0024] 將二進(jìn)制表示的第一數(shù)據(jù)項(xiàng)正向移位X位，將移位后得到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)項(xiàng)轉(zhuǎn)換為 十進(jìn)制數(shù)據(jù)項(xiàng)，得到第二數(shù)據(jù)項(xiàng)。
[0025] 進(jìn)一步的，將所述第二數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，并進(jìn)行反向相同位數(shù)的移位 操作后，該方法還包括：
[0026] 將所述第二數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，并進(jìn)行反向相同位數(shù)的移位操作后得到 的數(shù)據(jù)項(xiàng)，作為第一數(shù)據(jù)項(xiàng)倒數(shù)的基準(zhǔn)值；
[0027] 采用（(a[N+l]-a[N])*(M_(N<<X))) >> (X*2)方式進(jìn)行線性插值，得到第一 數(shù)據(jù)項(xiàng)倒數(shù)的校正值，其中a[N]為第二數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)，a[N+l]為與第二數(shù)據(jù)項(xiàng)相鄰的數(shù) 據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)，M為第一數(shù)據(jù)項(xiàng)，（N<<X)為第二數(shù)據(jù)項(xiàng)反向移位X后得到的數(shù)據(jù)項(xiàng)，>> (X*2)表示正向移位2X位，X為移位的位數(shù)；
[0028] 將所述基準(zhǔn)值與所述校正值的和，作為所述第一數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)。
[0029] 本發(fā)明中在將所述第二數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，并進(jìn)行反向相同位數(shù)的移位 操作后，將得到的數(shù)據(jù)項(xiàng)作為第一數(shù)據(jù)項(xiàng)倒數(shù)的基準(zhǔn)值，并采用線性插值的方式獲取校正 值，進(jìn)一步提1? 了計(jì)算精度。
[0030] 本發(fā)明另一方面，還提供了一種基于FPGA進(jìn)行除法操作的裝置，包括：
[0031] 存儲(chǔ)單元，用于預(yù)先將設(shè)定數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)表中；
[0032] 除數(shù)獲取單元，用于獲取進(jìn)行除法操作中作為除數(shù)、并以十進(jìn)制表示的第一數(shù)據(jù) 項(xiàng)；
[0033] 倒數(shù)確定單元，用于判斷所述第一數(shù)據(jù)項(xiàng)是否與所述存儲(chǔ)單元中預(yù)設(shè)的、包含有 設(shè)定數(shù)據(jù)項(xiàng)倒數(shù)的存儲(chǔ)表中的數(shù)據(jù)項(xiàng)相同，若是，則直接調(diào)用所述存儲(chǔ)表中與所述第一數(shù) 據(jù)項(xiàng)相同的數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)，作為所述第一數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)；若否，將所述第一數(shù)據(jù)項(xiàng)轉(zhuǎn)換為二 進(jìn)制并進(jìn)行移位操作，使得移位操作后對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)項(xiàng)能夠在所述存儲(chǔ)表中查找到對(duì) 應(yīng)的第二數(shù)據(jù)項(xiàng)，調(diào)用所述存儲(chǔ)表中所述第二數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)，將所述第二數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)轉(zhuǎn) 換為二進(jìn)制并進(jìn)行反向相同位數(shù)的移位操作，得到所述第一數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)；
[0034] 運(yùn)算單元，用于將所述第一數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)與進(jìn)行除法操作中作為被除數(shù)的數(shù)據(jù)項(xiàng) 相乘，完成除法操作。
[0035] 本發(fā)明提供的基于FPGA進(jìn)行除法操作的裝置，通過在存儲(chǔ)表中存儲(chǔ)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)項(xiàng) 的倒數(shù)，無需存儲(chǔ)全部的數(shù)據(jù)項(xiàng)，減少了資源消耗，并且在進(jìn)行除法操作時(shí)，通過判斷作為 除數(shù)的第一數(shù)據(jù)項(xiàng)是否在預(yù)設(shè)的存儲(chǔ)表中，若是，則直接調(diào)用存儲(chǔ)表中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒 數(shù)，若不是，則采用移位運(yùn)算方式在存儲(chǔ)表中確定第二數(shù)據(jù)項(xiàng)，通過第二數(shù)據(jù)項(xiàng)確定作為除 數(shù)的第一數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)，擴(kuò)大了 FPGA中進(jìn)行除法操作的數(shù)值范圍。
[0036] 優(yōu)選的，所述存儲(chǔ)單元，具體用于：
[0037] 將21至2i+1_l之間的整數(shù)的倒數(shù)作為所述存儲(chǔ)表中的設(shè)定數(shù)據(jù)項(xiàng)倒數(shù)，存儲(chǔ)在所 述存儲(chǔ)表中，其中i為存儲(chǔ)表中確定存儲(chǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)對(duì)應(yīng)的冪值，i的取值為i=〇，l，2,3,…， 32,以使存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)項(xiàng)盡可能少，并使計(jì)算結(jié)果唯一。
[0038] 更為優(yōu)選的，所述存儲(chǔ)單元，具體用于：
[0039] 將25至26_1之間的整數(shù)的倒數(shù)作為所述存儲(chǔ)表中的設(shè)定數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)，存儲(chǔ)在所 述存儲(chǔ)表中。
[0040] 本發(fā)明中選擇25至26-1之間的整數(shù)的倒數(shù)作為所述存儲(chǔ)表中設(shè)定數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)， 能夠較好的滿足存儲(chǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)目少，計(jì)算精度高的要求。
[0041] 具體的，所述倒數(shù)確定單元，具體用于：
[0042] 將所述第一數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)換，得到二進(jìn)制表示的第一數(shù)據(jù)項(xiàng)；
[0043] 采用公式X= [log2M]_i，確定移位的位數(shù)，其中M為第一數(shù)據(jù)項(xiàng)，X為移位的位 數(shù)，符號(hào)□表示向下取整；
[0044] 將二進(jìn)制表示的第一數(shù)據(jù)項(xiàng)正向移位X位，將移位后得到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)項(xiàng)轉(zhuǎn)換為 十進(jìn)制數(shù)據(jù)項(xiàng)，得到第二數(shù)據(jù)項(xiàng)。
[0045] 進(jìn)一步的，所述倒數(shù)確定單元，具體用于：
[0046] 將所述第二數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，并進(jìn)行反向相同位數(shù)的移位操作后得到 的數(shù)據(jù)項(xiàng)，作為第一數(shù)據(jù)項(xiàng)倒數(shù)的基準(zhǔn)值；
[0047] 采用（(a[N+l]-a[N])*(M_(N << X))) >> (X*2)方式進(jìn)行線性插值，得到第一 數(shù)據(jù)項(xiàng)倒數(shù)的校正值，其中a[N]為第二數(shù)據(jù)項(xiàng)的倒數(shù)，a[N+l]為與第二