[发明专利]一种向量浮点运算装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及微处理器内的浮点运算技术领域，涉及微处理器向量浮点部件的加/减运算通路及与其相关的操作的处理，确切地说，是涉及一种向量浮点运算装置及方法。

背景技术

计算机发展的主要目的是为了满足大型科学计算的需求，随着科学计算对计算机性能需求的不断增长计算机技术也迅速发展起来。向量类运算在数字信号算法中具有非常重要的地位，传统处理器通过标量的操作实现现代信号处理算法中大量的向量运算。由于芯片主频已经达到极限，以标量为计算单位的单核处理器很难满足性能要求。

因此，在硬件结构上设计支持向量处理，增加向量运算部件，在硬件体系结构层次实现对向量处理的支持在很大程度上能够改进向量类运算的运算速度，减少运算时间，增加数字信号处理的吞吐量，以在数字信号处理领域，比如现代雷达信号处理，星载卫星图像处理，高清电视等，满足处理大量数据的高实时性、高速和高可靠性要求。

2004年3月17日公开的申请号为01131568.7的中国发明专利《微处理器向量处理方法》，发明人：王志英等，公开了一种微处理向量处理方法，在满足硬件实现简单、功耗低、成本低的前提下实现微处理器向量处理。该发明利用微处理器原有的流水线结构，设计向量指令集，增加向量寄存器和向量控制逻辑，在译码阶段增加对向量指令的译码支持，用硬件执行循环过程，利用标量流水线功能部件和控制信号，实现微处理器对向量处理的支持。该种结构实现简单，但是进行循环以实现向量运算的方法使得运算速度较低，不能满足高实时性、高速和高可靠性的要求。

2011年8月31日公开申请号为200910241614.8的中国发明专利《浮点向量乘加运算装置和方法》，发明人：胡伟武等，公开了一种浮点向量乘加运算装置和方法。该装置包括一个乘法选择单元，n个乘法单元和n个加法单元。其中，乘数选择单元用于根据第四源操作数的值m，选择第二源操作数浮点向量的第m+1部分输出到n个乘法单元，m≤n-1；乘法单元用于将所选择的第二源操作数浮点向量的第m+1部分与第三源操作数浮点向量的n个部分分别进行相乘操作，并将相乘操作的运算结果输出到相应的n个加法单元；加法单元用于将相乘操作运算结果的n个部分和第一远操作数浮点向量的n个部分分别进行加法操作，得到乘加结果。该发明提出了一种向量乘加的装置及方法，但是对于其他类型的向量运算并没有给出设计和实现方法，应用范围比较窄。

2010年11月25日公开的申请号为201010559406.5的中国发明专利《一种可扩展向量运算簇》，发明人：陈书明等，公开了一种可扩展向量运算簇，包括向量处理阵列、支持压缩指令的向量译码器、用于存放多种数据类型的局部向量寄存器文件/累加器以及支持行列访问的矩阵寄存器文件，所述向量处理阵列包括2～64个同构向量处理单元，所述每个向量处理单元拥有独立的局部向量寄存器文件/累加器并共享矩阵寄存器；所述局部向量寄存器文件/累加器和矩阵寄存器文件提供指令操作的数据来源和目的。该发明统一执行流水对应的功能部件共享相同的数据通路，带来的问题就是需引入旁路以及互锁机制，设计相对复杂。

2007年6月20日公开的申请号为200610063927.5的中国发明专利《用于矢量处理的可扩展并行流水线浮点单元》，发明人：D.多诺夫里奥等，公开了一种为矢量处理执行浮点运算的技术，输入对来捕获多个矢量输入，电镀漆跟配所述矢量输入，多个浮点流水线根据对所述调度器分配的矢量输入的标量分量的运算来产生浮点结果。仲裁器和组装单元仲裁输出部件的使用并组装所述浮点结果以写入所述输出部件。该种技术支持异步方式进行处理，这样计算的结果可能会不同步，从而需设计复杂的仲裁机制以避免死锁现象的发生。

通过上面分析可知，向量运算在当今的数字信号处理领域非常普遍，高速有效而且代价比较小的向量运算设计非常重要，而基于标量运算部件设计实现向量运算单元是一种可行的设计方法。如何基于标量运算单元设置和构建简单高效可重构的向量运算单元是本发明所要研究的主要内容。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种基于标量运算单元实现可重构向量浮点运算单元的方法和装置，以实现向量与向量间运算以及向量与标量间运算。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种向量浮点运算装置，用于实现向量与标量以及向量与向量之间的各种浮点运算，包括：