FPU加法器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1)Subcell模塊
此模塊的功能主要有以下4個(gè)方面：①0操作數(shù)的檢查。將有關(guān)信息送到cntrl模塊和standar模塊，用于決定是否進(jìn)行后續(xù)操作，以便節(jié)省運(yùn)算的時(shí)間。②階碼大小的比較。將小數(shù)a_little傳送到cntrl模塊。③對(duì)階。比較兩個(gè)操作數(shù)的階碼，求出它們階碼的差值sub[6．．0]，送到move模塊。④當(dāng)這個(gè)模塊運(yùn)算結(jié)束或者有新操作數(shù)輸入時(shí)，告知cntrl模塊。
在圖2中，當(dāng)rst_sub=‘0’，此模塊就正常工作；若rst_sub=‘1’，則所有的輸出都是0。在零操作數(shù)檢查的過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)有0操作數(shù)的存在，則就令num_z=‘1’；在此操作數(shù)的檢查過(guò)程中還可以區(qū)分到底是哪一個(gè)操作數(shù)為零，假如操作數(shù)x為零，則就令z_find=“0 1”；若是操作數(shù)y為零，則就令z_find=“10”；若無(wú)0操作數(shù)，則z_find=“00”。當(dāng)對(duì)參與運(yùn)算的兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行0操作數(shù)判別結(jié)束后，本模塊在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中主要采用了5個(gè)條件語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)操作數(shù)大小的比較，通過(guò)比較可以算出階碼的差值。若兩數(shù)的階碼相同，即小數(shù)點(diǎn)是對(duì)齊的，則進(jìn)行位數(shù)的比較，當(dāng)然這所有的比較都是通過(guò)不同的條件語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所有的比較完畢，end_sub設(shè)為1。當(dāng)有新的數(shù)據(jù)從x，y端輸入的時(shí)候，根據(jù)程序的設(shè)置，相關(guān)進(jìn)程會(huì)被喚醒，控制模塊接收到進(jìn)程發(fā)送來(lái)的脈沖change，就知道有新的操作數(shù)據(jù)輸入，因此再次啟動(dòng)控制模塊，進(jìn)而進(jìn)入另一個(gè)新的周期。
2)exchange模塊
此模塊的功能為：①向move模塊輸入小冪次浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)，②向M_ADD模塊輸入大冪次浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)。
此模塊包含一個(gè)Process進(jìn)程，當(dāng)rst_exchange=‘0’并且en_exchange=‘1’，浮點(diǎn)數(shù)x，y的冪和尾數(shù)被拆開(kāi)，存入不同變量。然后執(zhí)行本模塊所設(shè)置的4個(gè)條件語(yǔ)句，分別對(duì)兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行處理，一方面將冪次小的操作數(shù)位數(shù)進(jìn)行擴(kuò)充，擴(kuò)充為33位后傳送到move模塊中；另一方面將冪次大的操作數(shù)擴(kuò)充成32為傳送到M_ADD模塊中。進(jìn)程結(jié)束后，end_exchange置高電平，告知控制模塊。
3)move模塊
此模塊的功能主要是為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)操作數(shù)的對(duì)階。在這個(gè)模塊中設(shè)計(jì)了一個(gè)進(jìn)程process(clk)，它以clk為敏感信號(hào)，此進(jìn)程還包含有2個(gè)條件語(yǔ)句模塊。第1個(gè)模塊主要是對(duì)變量進(jìn)行更新。第2個(gè)模塊主要是判斷移位是否已經(jīng)結(jié)束，并對(duì)相應(yīng)的標(biāo)志位進(jìn)行設(shè)置。假如所移操作數(shù)的后8位是不為0的，那么在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿到來(lái)時(shí)繼續(xù)進(jìn)行向右的移動(dòng)。
4)M_add模塊
此模塊的主要功能是對(duì)階完成以后，對(duì)尾數(shù)進(jìn)行運(yùn)算。通過(guò)在每個(gè)尾數(shù)前加一位0來(lái)檢測(cè)運(yùn)算結(jié)果是否需要規(guī)格化。程序如下：

在進(jìn)行加減法運(yùn)算中分兩種情況：當(dāng)add_sub=“11”，執(zhí)行Mx+My；當(dāng)add_sub=“00”，執(zhí)行Mx-My。具體由Cntrl模塊的分析中給出。
5)standar模塊
此模塊的主要功能是對(duì)浮點(diǎn)運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行規(guī)格化處理。這個(gè)模塊中有兩個(gè)變量分別是ntemp和texp，該模塊在首次執(zhí)行時(shí)對(duì)它們進(jìn)行初始化，否則只有當(dāng)控制模塊發(fā)出rst命令的時(shí)候才能對(duì)它們的初始值進(jìn)行改變。當(dāng)add_sub的值不同時(shí)，則將條件語(yǔ)句分成了不同的部分：
①當(dāng)add_sub的取值為“00”或者當(dāng)其取值為“01”的時(shí)候，可得M_ADD模塊進(jìn)行的是減法運(yùn)算；如果運(yùn)算結(jié)果是0，那么就直接將0輸出；假如運(yùn)算結(jié)果不為0，就需要對(duì)numb(15)進(jìn)行考慮；假如其值是1的話，就不需要進(jìn)行左移，直接執(zhí)行語(yǔ)句：“sum_standar=signal_b temp_exp(5 downto0)ntemp(14 downto 6)；”。但是如果numb(15)的值是為0的，就需要進(jìn)行左移。
②當(dāng)add_sub=‘11’時(shí)，則M_ADD模塊執(zhí)行加法運(yùn)算；如果numb(16)的值為1，就需要進(jìn)行右移。而當(dāng)numb(16)的值為0時(shí)，則不用進(jìn)行規(guī)格化，直接輸出。
6)cntrl模塊
在這個(gè)模塊中主要采用的是Mealy狀態(tài)機(jī)，它和輸入、輸出、狀態(tài)皆有關(guān)；一方面Mealy狀態(tài)機(jī)要完成其狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，需要等待本模塊中CLK_m時(shí)鐘信號(hào)的上升沿。另一方面如果subcell模塊有了新的操作數(shù)的輸入，本模塊收到告知信號(hào)后，會(huì)將狀態(tài)機(jī)重新運(yùn)行。
在此對(duì)本設(shè)計(jì)模塊中所使用狀態(tài)機(jī)所包含的各個(gè)部分進(jìn)行簡(jiǎn)要的闡述：
①說(shuō)明部分
本部分主要是在ARCHITECTURE和BEGIN之間，用TYPE語(yǔ)句定義枚舉型的數(shù)據(jù)類型(包含既定狀態(tài)元素)status，狀態(tài)變量xt_status和ct_st atus定義為信號(hào)signal。主要用以下語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)：
type status is(rst1，rst2，rst3，rst4，rst5，rst6，rst7)；
signal xt_status，ct_status：status；