[發明專利]處理器浮點單元前導零數量的超前運算方法及系統

有效

• 申請號: 201711207258.9
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN108052307B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 楊雪;莊偉;于立新;彭和平;侯國偉;張梅梅
• 申請（專利權）人: 北京時代民芯科技有限公司;北京微電子技術研究所
• 主分類號: G06F7/575
• 分類號: G06F7/575
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

1.一種處理器浮點單元前導零數量的超前運算方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟：

步驟100：譯碼運算，得到每8位數據的前導零個數：將數據位為8n位的數據A[8n-1:0]按照從高位到低位的順序依次分為8位一組，分別通過n個8-4譯碼器譯出n個8位數據中前導零的個數B_m[3:0]；其中，B_m表示第m組8位數據的前導零個數，m＝1～n，n＝1～8；

步驟200：通過三級中的每一級的超前運算和邏輯判斷得到數據A[8n-1:0]的前導零個數，每一級中會對輸入數據進行兩兩分對，各對之間并行開展運算；其中，n為奇數時，最后一對只有一個輸入數據；其中，

步驟200包括以下步驟：

步驟210：第一級輸入為譯碼運算的結果B_m[3:0]，輸出為每16位或8位數據的前導零個數B_jk[4:0]，邏輯判斷依據為每對輸入數據的最高位B_m[3]，輸出來自超前運算的結果和/或輸入數據的低三位B_m[2:0]；其中，k＝j+1，j＝1,3,5,7且j≤n；

步驟220：第二級輸入為第一級輸出的結果B_jk[4:0]，輸出為每32位、16位或8位數據的前導零個數B_jkrs[5:0]，邏輯判斷依據為每對輸入數據的最高位B_jk[4]，輸出來自超前運算的結果和/或輸入數據的低四位B_jk[3:0]；其中，k＝j+1，r＝j+2，s＝j+3，j＝1,5且j≤n；

步驟230：第三級輸入為第二級輸出的結果B_jkrs[5:0]，輸出為8n位數據的前導零個數B；邏輯判斷依據為每對輸入數據的最高位B_jkrs[5]，輸出來自超前運算的結果和/或輸入數據的低四位B_jkrs[4:0]；其中，n＝1～8；

8-4譯碼器的譯碼原理為，當輸入數據為8’b00000000時，輸出數據為4’b1000；當輸入數據為8’b00000001時，輸出數據為4’b0111；當輸入數據為8’b0000001x時，輸出數據為4’b0110；當輸入數據為8’b000001xx時，輸出數據為4’b0101；當輸入數據為8’b00001xxx時，輸出數據為4’b0100；當輸入數據為8’b0001xxxx時，輸出數據為4’b0011；當輸入數據為8’b001xxxxx時，輸出數據為4’b0010；當輸入數據為8’b01xxxxxx時，輸出數據為4’b0001；當輸入數據為8’b1xxxxxxx時，輸出數據為4’b0000；其中，x＝0或1；

數據B_m[3:0]的運算公式為：

B_m[3]＝～(A[7]|A[6]|A[5]|A[4]|A[3]|A[2]|A[1]|A[0])；

B_m[2]＝～(A[7]|A[6]|A[5]|A[4]|A[3]|A[2]|A[1]|～A[0])(A[3]|A[2]|～A[1])(A[3]|～A[2])(～A[3])；

B_m[1]＝～(A[7]|A[6]|A[5]|A[4]|A[3]|A[2]|((A[1]|～A[0])～A[1]))(A[5]|～A[4])(～A[5])；

B_m[0]＝～(A[7]|(A[6]|A[5]|(A[4]|A[3]|(A[2]|A[1]|～A[0])～A[2])～A[4])～A[6])；

其中，A[p]為數據A的第p+1位，B_m[q](q＝0～3)為數據B_m的第q+1位；其中，p＝0～7；

當n＝1時，B₁即為運算的前導零數量，運算結束；當1n≤8時，將B_m由高位到低位兩兩分為一對，各對之間并行開展第一級運算，當n為奇數時最后一對不足兩個數據，則保留B_n不做運算，B_n的值直接傳輸給下一級，位數不足時高位補零；或

當n＝2時，B₁和B₂的運算結果B₁₂即為運算的前導零數量，運算結束；當2n≤8時，進入第二級邏輯判斷，將第一級邏輯判斷的輸出結果B_jk由高位到低位兩兩分為一對，各對之間并行開展第二級邏輯判斷，若最后一對不足兩個數據，則保留一個數據不做運算直接傳遞給下一級，位數不足時高位補零，其中k＝j+1；j＝1，3，5，7且j≤n；或

當2n≤4時，B₁₂₃₄即為運算的前導零數量，運算結束；當4n≤8時，進入第三級邏輯判斷，對第二級邏輯判斷的兩個運算結果進行運算；

每一級超前運算包括：

在第一級超前運算中，若高位數值B_j8，則該對數據前導零個數為B_jk＝5’b{00,B_j[2:0]}；若高位數值B_j＝8，而低位數值B_k8，則該對數據前導零個數為B_jk＝5’b{01,B_k[2:0]}；若高位數值B_j＝8，且低位數值B_k＝8，則該對數據前導零個數為B_jk＝5’b{10,000}；當n為奇數時，最后一對只有B_n，只需在高位補零即可輸出B_jk＝5’b{0,B_n[3:0]}；其中，k＝j+1，j＝1,3,5,7且j≤n；

在第二級超前運算中，若高位數值B_jk16，則該對數據前導零個數為B_jkrs＝6’b{00,B_jk[3:0]}；若高位數值B_jk＝16，而低位數值B_rs16，則該對數據前導零個數為B_jkrs＝6’b{01,B_rs[3:0]}；若高位數B_jk＝16，且低位數值B_rs＝16，則該對數據前導零個數為B_jkrs＝6’b{100,000}；當最后一對只有一個數據B_jk時，只需在高位補零即可輸出B_jkrs＝6’b{0,B_jk[4:0]}；其中，k＝j+1，r＝j+2，s＝j+3，j＝1,5且j≤n；

在第三級超前運算中，若高位數值B₁₂₃₄32，則該對數據前導零個數為B＝7’b{00,B₁₂₃₄[4:0]}；若高位數值B₁₂₃₄＝32，而低位數值B₅₆₇₈32，則該對數據前導零個數為B＝7’b{01,B₅₆₇₈[4:0]}；若高位數B₁₂₃₄＝32，且低位數值B₅₆₇₈＝32，則該對數據前導零個數為B＝7’b{1,000,000}；

每一級邏輯判斷包括：

在第一級邏輯判斷中，若B_j的最高位B_j[3]＝0，則輸出B_jk＝5’b{00,B_j[2:0]}；若B_j[3]＝1，而B_k[3]＝0，則輸出B_jk＝5’b{01,B_k[2:0]}；若B_j[3]＝1，且B_k[3]＝1，則輸出B_jk＝5’b{10,000}；當n為奇數時，最后一對只有B_n，輸出B_jk＝5’b{0,B_n[3:0]}；其中，k＝j+1，j＝1,3,5,7且j≤n；

在第二級邏輯判斷中，若B_jk[4]＝0，則輸出B_jkrs＝6’b{00,B_jk[3:0]}；若B_jk[4]＝1，而B_rs[4]＝0，則輸出B_jkrs＝6’b{01,B_rs[3:0]}；若B_jk[4]＝1，且B_rs[4]＝1，則輸出B_jkrs＝6’b{100,000}；當最后一對只有一個數據B_jk時，輸出B_jkrs＝6’b{0,B_jk[4:0]}；其中，k＝j+1，r＝j+2，s＝j+3，j＝1,5且j≤n；

在第三級邏輯判斷中，若B₁₂₃₄[5]＝0，則輸出B＝7’b{00,B₁₂₃₄[4:0]}；若B₁₂₃₄[5]＝1而B₅₆₇₈[5]＝0，則輸出B＝7’b{01,B₅₆₇₈[4:0]}；若B₁₂₃₄[5]＝1且B₅₆₇₈[5]＝1，則輸出B＝7’b{1,000,000}；當只存在B₁₂₃₄，沒有B₅₆₇₈時，前導零個數B＝B₁₂₃₄。

2.一種處理器浮點單元前導零數量的超前運算系統，其特征在于包括：

第一模塊，用于譯碼運算得到每8位數據的前導零個數：將數據位為8n位的數據A[8n-1:0]按照從高位到低位的順序依次分為8位一組，分別通過n個8-4譯碼器譯出n個8位數據中前導零的個數B_m[3:0]；其中，B_m表示第m組8位數據的前導零個數，m＝1～n，n＝1～8；

第二模塊，用于通過三級中的每一級的超前運算和邏輯判斷得到數據A[8n-1:0]的前導零個數，每一級中會對輸入數據進行兩兩分對，各對之間并行開展運算；其中，n為奇數時，最后一對只有一個輸入數據；

8-4譯碼器的譯碼原理為，當輸入數據為8’b00000000時，輸出數據為4’b1000；當輸入數據為8’b00000001時，輸出數據為4’b0111；當輸入數據為8’b0000001x時，輸出數據為4’b0110；當輸入數據為8’b000001xx時，輸出數據為4’b0101；當輸入數據為8’b00001xxx時，輸出數據為4’b0100；當輸入數據為8’b0001xxxx時，輸出數據為4’b0011；當輸入數據為8’b001xxxxx時，輸出數據為4’b0010；當輸入數據為8’b01xxxxxx時，輸出數據為4’b0001；當輸入數據為8’b1xxxxxxx時，輸出數據為4’b0000；其中，x＝0或1；

數據B_m[3:0]的運算公式為：

B_m[3]＝～(A[7]|A[6]|A[5]|A[4]|A[3]|A[2]|A[1]|A[0])；

B_m[2]＝～(A[7]|A[6]|A[5]|A[4]|A[3]|A[2]|A[1]|～A[0])(A[3]|A[2]|～A[1])(A[3]|～A[2])(～A[3])；

B_m[1]＝～(A[7]|A[6]|A[5]|A[4]|A[3]|A[2]|((A[1]|～A[0])～A[1]))(A[5]|～A[4])(～A[5])；

B_m[0]＝～(A[7]|(A[6]|A[5]|(A[4]|A[3]|(A[2]|A[1]|～A[0])～A[2])～A[4])～A[6])；

其中，A[p]為數據A的第p+1位，B_m[q](q＝0～3)為數據B_m的第q+1位；其中，p＝0～7；

當n＝1時，B₁即為運算的前導零數量，運算結束；當1n≤8時，將B_m由高位到低位兩兩分為一對，各對之間并行開展第一級運算，當n為奇數時最后一對不足兩個數據，則保留B_n不做運算，B_n的值直接傳輸給下一級，位數不足時高位補零；或

當n＝2時，B₁和B₂的運算結果B₁₂即為運算的前導零數量，運算結束；當2n≤8時，進入第二級邏輯判斷，將第一級邏輯判斷的輸出結果B_jk由高位到低位兩兩分為一對，各對之間并行開展第二級邏輯判斷，若最后一對不足兩個數據，則保留一個數據不做運算直接傳遞給下一級，位數不足時高位補零，其中k＝j+1；j＝1，3，5，7且j≤n；或

當2n≤4時，B₁₂₃₄即為運算的前導零數量，運算結束；當4n≤8時，進入第三級邏輯判斷，對第二級邏輯判斷的兩個運算結果進行運算；

每一級超前運算包括：

在第一級超前運算中，若高位數值B_j8，則該對數據前導零個數為B_jk＝5’b{00,B_j[2:0]}；若高位數值B_j＝8，而低位數值B_k8，則該對數據前導零個數為B_jk＝5’b{01,B_k[2:0]}；若高位數值B_j＝8，且低位數值B_k＝8，則該對數據前導零個數為B_jk＝5’b{10,000}；當n為奇數時，最后一對只有B_n，只需在高位補零即可輸出B_jk＝5’b{0,B_n[3:0]}；其中，k＝j+1，j＝1,3,5,7且j≤n；

在第二級超前運算中，若高位數值B_jk16，則該對數據前導零個數為B_jkrs＝6’b{00,B_jk[3:0]}；若高位數值B_jk＝16，而低位數值B_rs16，則該對數據前導零個數為B_jkrs＝6’b{01,B_rs[3:0]}；若高位數B_jk＝16，且低位數值B_rs＝16，則該對數據前導零個數為B_jkrs＝6’b{100,000}；當最后一對只有一個數據B_jk時，只需在高位補零即可輸出B_jkrs＝6’b{0,B_jk[4:0]}；其中，k＝j+1，r＝j+2，s＝j+3，j＝1,5且j≤n；

在第三級超前運算中，若高位數值B₁₂₃₄32，則該對數據前導零個數為B＝7’b{00,B₁₂₃₄[4:0]}；若高位數值B₁₂₃₄＝32，而低位數值B₅₆₇₈32，則該對數據前導零個數為B＝7’b{01,B₅₆₇₈[4:0]}；若高位數B₁₂₃₄＝32，且低位數值B₅₆₇₈＝32，則該對數據前導零個數為B＝7’b{1,000,000}；

每一級邏輯判斷包括：

在第一級邏輯判斷中，若B_j的最高位B_j[3]＝0，則輸出B_jk＝5’b{00,B_j[2:0]}；若B_j[3]＝1，而B_k[3]＝0，則輸出B_jk＝5’b{01,B_k[2:0]}；若B_j[3]＝1，且B_k[3]＝1，則輸出B_jk＝5’b{10,000}；當n為奇數時，最后一對只有B_n，輸出B_jk＝5’b{0,B_n[3:0]}；其中，k＝j+1，j＝1,3,5,7且j≤n；

在第二級邏輯判斷中，若B_jk[4]＝0，則輸出B_jkrs＝6’b{00,B_jk[3:0]}；若B_jk[4]＝1，而B_rs[4]＝0，則輸出B_jkrs＝6’b{01,B_rs[3:0]}；若B_jk[4]＝1，且B_rs[4]＝1，則輸出B_jkrs＝6’b{100,000}；當最后一對只有一個數據B_jk時，輸出B_jkrs＝6’b{0,B_jk[4:0]}；其中，k＝j+1，r＝j+2，s＝j+3，j＝1,5且j≤n；

在第三級邏輯判斷中，若B₁₂₃₄[5]＝0，則輸出B＝7’b{00,B₁₂₃₄[4:0]}；若B₁₂₃₄[5]＝1而B₅₆₇₈[5]＝0，則輸出B＝7’b{01,B₅₆₇₈[4:0]}；若B₁₂₃₄[5]＝1且B₅₆₇₈[5]＝1，則輸出B＝7’b{1,000,000}；當只存在B₁₂₃₄，沒有B₅₆₇₈時，前導零個數B＝B₁₂₃₄。