高精度浮点运算器算法研究及FPGA实现

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浮点运算与FPGA的发展是目前科技发展的两个研究热点。尤其在要求精度高的应用系统中,浮点表述范围宽、有效精度高等特点成为广泛发展的条件;FPGA高速、高集成、低成本、可在线编程等优点,使浮点在FPGA的应用也成为趋势。论文重点设计了单精度浮点基本运算器,并在基本运算器的基础上完成FFT处理器。  论文主要从三个方面展开研究:  ①介绍了论文使用的IEEE754-1985标准的单精度浮点表示、舍入及异常处理,对设计使用的硬件描述语言VHDL进行介绍,设计采用IEEE754-1985单精度规格化浮点格式进行计算提高了运算精度,采用VHDL语言使设计更加简单化;  ②分别阐述了浮点运算器加减乘除的算法和流程,根据基本运算器的运算特点进行设计。针对浮点数乘法的运算过程,分别针对符号位、指数位及尾数位展开设计;浮点加法器的处理过程比较复杂,将浮点运算模块化,分别完成比较、移位、尾数运算、前导零检测及规格化模块,经仿真验证了系统的正确性后,生成浮点加法器整体电路原理图;浮点除法器采用加减逻辑和乘法逻辑完成设计并进行性能比较。利用QuartusⅡ软件分别对加减乘除运算器及其中的各模块进行仿真,仿真结果表明浮点运算器的计算功能正确,具有可行性。  ③分析多种FFT算法及硬件实现方式,改进了基-2DIT-FFT作为本课题目标算法,同时采用顺序处理结构实现FFT处理器;分别对设计中蝶形运算单元、存储器、地址发生器和控制器等单元进行设计;设计选用Altera公司的CycloneⅡ系列FPGA芯片中的EP2C5F256C6,在QuartusⅡ设计平台中使用VHDL针对8点FFT处理器进行设计。最后利用Matlab软件对测试数据进行仿真,将FFT的仿真结果与Matlab的计算结果进行对比,最后计算误差。仿真结果与误差充分证明了FPGA的FFT计算结果达到了7位有效位的精度。
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