浮點(diǎn)：用 FPGA 嵌入式處理器實(shí)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(shí)，通常以整數(shù)或定點(diǎn)表示法來確保算術(shù)運(yùn)算盡量簡(jiǎn)單，這一點(diǎn)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(diǎn)運(yùn)算，并能在邏輯或基于軟件或硬件處理器的實(shí)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(biāo)量功能，讓用戶能夠?qū)ζ骷幊?，使其以高達(dá) 550 MHz 的時(shí)鐘速率并行執(zhí)行一個(gè)或兩個(gè)定點(diǎn)運(yùn)算。

　　盡管用戶能通過對(duì)器件進(jìn)行編程來執(zhí)行大多數(shù)采用整數(shù)或定點(diǎn)算術(shù)的運(yùn)算，但通常須重新運(yùn)算并插入比例運(yùn)算以確保計(jì)算結(jié)果足夠精確。對(duì)于復(fù)雜運(yùn)算而言，這不僅耗時(shí)，而且還會(huì)導(dǎo)致程序變?yōu)閷Ｓ眯颓也豢芍赜谩＠硐氲奶娲椒ㄊ遣捎脴?biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)表示法來提供一種適用于多個(gè)應(yīng)用的高動(dòng)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(diǎn)實(shí)施方案，也無需為隨后的項(xiàng)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(diǎn)性能庫(kù)的 PowerPC 440 處理器提供了一種行之有效的仿真浮點(diǎn)解決方案，但處理器內(nèi)核仍需占用數(shù)十個(gè)周期來執(zhí)行每條運(yùn)算。而采用浮點(diǎn)運(yùn)算單元 (FPU) 形式的浮點(diǎn)運(yùn)算硬件加速功能可縮短該運(yùn)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(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)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(shí)施方案。

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