浮點：用 FPGA 嵌入式處理器實現(xiàn)您的構(gòu)想

　　在采用數(shù)值處理技術(shù)創(chuàng)建嵌入式應(yīng)用時，通常以整數(shù)或定點表示法來確保算術(shù)運算盡量簡單，這一點至關(guān)重要。因其不僅有助于使成本和功耗降至最低，而且還能盡可能地加速硬件部署。

　　FPGA 非常適用于執(zhí)行定點運算，并能在邏輯或基于軟件或硬件處理器的實施方案中創(chuàng)建高度并行的數(shù)據(jù)路徑解決方案。Virtex®-5 FPGA 產(chǎn)品系列中 FXT 系列的最新硬件處理器 Xilinx® PowerPC® 440 可提供超標量功能，讓用戶能夠?qū)ζ骷幊?，使其以高達 550 MHz 的時鐘速率并行執(zhí)行一個或兩個定點運算。

　　盡管用戶能通過對器件進行編程來執(zhí)行大多數(shù)采用整數(shù)或定點算術(shù)的運算，但通常須重新運算并插入比例運算以確保計算結(jié)果足夠精確。對于復(fù)雜運算而言，這不僅耗時，而且還會導(dǎo)致程序變?yōu)閷Ｓ眯颓也豢芍赜?。理想的替代方法是采用標準浮點表示法來提供一種適用于多個應(yīng)用的高動態(tài)范圍。這樣人們就無需修改算法即可獲得適用于任何特定應(yīng)用或操作環(huán)境的定點實施方案，也無需為隨后的項目及應(yīng)用而大范圍地修改代碼。

　　雖然賽靈思為基于 IBM 浮點性能庫的 PowerPC 440 處理器提供了一種行之有效的仿真浮點解決方案，但處理器內(nèi)核仍需占用數(shù)十個周期來執(zhí)行每條運算。而采用浮點運算單元 (FPU) 形式的浮點運算硬件加速功能可縮短該運算周期。Virtex-5 FXT 系列中的 PowerPC 440 處理器提供了有效接口，能夠?qū)①愳`思軟 FPU 等硬件加速器連接至該處理器內(nèi)核。該方案可通過結(jié)構(gòu)協(xié)處理器總線 (FCB) 將 PowerPC 440 處理器上的 128 位輔助處理器單元 (APU) 接口橋接至協(xié)處理器。使用該類協(xié)處理器(賽靈思 LogiCORE™ IP Virtex-5 APU-FPU)，Virtex-5 FXT 用戶可以選擇軟件仿真或者專用軟邏輯 FPU 在 PowerPC 上自如地實現(xiàn)浮點運算。圖 1 顯示了通過 FCB 將 PowerPC 440 處理器連接至 Virtex-5 APU-FPU 的典型實施方案。

　　圖 1——包含 APU-FPU 內(nèi)核的嵌入式處理器系統(tǒng)