浮點(diǎn)：用 FPGA 嵌入式處理器實(shí)現您的構想

　　在采用數值處理技術(shù)創(chuàng )建嵌入式應用時(shí)，通常以整數或定點(diǎn)表示法來(lái)確保算術(shù)運算盡量簡(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 非常適用于執行定點(diǎn)運算，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 )建高度并行的數據路徑解決方案。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(hù)能夠對器件編程，使其以高達 550 MHz 的時(shí)鐘速率并行執行一個(gè)或兩個(gè)定點(diǎn)運算。

　　盡管用戶(hù)能通過(guò)對器件進(jìn)行編程來(lái)執行大多數采用整數或定點(diǎn)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果足夠精確。對于復雜運算而言，這不僅耗時(shí)，而且還會(huì )導致程序變?yōu)閷?zhuān)用型且不可重用。理想的替代方法是采用標準浮點(diǎn)表示法來(lái)提供一種適用于多個(gè)應用的高動(dòng)態(tài)范圍。這樣人們就無(wú)需修改算法即可獲得適用于任何特定應用或操作環(huán)境的定點(diǎn)實(shí)施方案，也無(wú)需為隨后的項目及應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，但處理器內核仍需占用數十個(gè)周期來(lái)執行每條運算。而采用浮點(diǎn)運算單元 (FPU) 形式的浮點(diǎn)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，能夠將賽靈思軟 FPU 等硬件加速器連接至該處理器內核。該方案可通過(guò)結構協(xié)處理器總線(xiàn) (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(lèi)協(xié)處理器(賽靈思 LogiCORE™ IP Virtex-5 APU-FPU)，Virtex-5 FXT 用戶(hù)可以選擇軟件仿真或者專(zhuān)用軟邏輯 FPU 在 PowerPC 上自如地實(shí)現浮點(diǎn)運算。圖 1 顯示了通過(guò) 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 內核的嵌入式處理器系統