CN104778026A - 一种带simd的高速数据格式转换部件及转换方法 - Google Patents

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邹晓峰
童元满
李仁刚
李拓
刘金广
李国川
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Abstract

本发明提供一种带SIMD的高速数据格式转换部件及转换方法，属于计算机技术领域，本发明包括：（1）求补码逻辑；（2）阶差计算逻辑；（3）前导1检测逻辑；（4）尾数移位逻辑；（5）舍入逻辑。基于单独的逻辑设计，并加入了SIMD操作，摆脱了传统的基于浮点加法器进行浮点与定点数据之间转换的设计方法，大大提高了信号处理中数据的转换速度和转换效率。

Description

一种带SIMD的高速数据格式转换部件及转换方法
技术领域
本发明涉及计算技术领域，尤其涉及一种带SIMD的高速数据格式转换部件及转换方法。
背景技术
在现代数字信号处理中，浮点数据以其较高的精度和较大的数据表示范围得到了广泛的应用，IEEE-754标准的浮点操作也已被绝大多数高性能DSP和CPU广泛支持，而同时，32位或64位的定点计算仍然广泛存在。为支持高速数据处理，提高浮点与定点数据格式之间的转换速度和效率已经越来越重要。因此，YHFT-XDSP对于浮点与定点之间的高速浮点转换是必不可少的。
发明内容
本发明提出了一种基于SIMD的数据格式转换部件，将所有数据转换操作进行了统一设计，能够实现多种数据格式的转换，支持双精度浮点和64位定点、SIMD单精度浮点和32位定点及双精度浮点与单精度浮点之间的转换
一种带SIMD的高速数据格式转换部件，包括：（1）求补码逻辑；（2）阶差计算逻辑；（3）前导1检测逻辑；（4）尾数移位逻辑；（5）舍入逻辑；其中：
（1）、求补码逻辑：定点转浮点时源操作数转换为原码；
（2）、阶差计算逻辑：计算浮点数的指数偏移；
（3）、前导1检测逻辑：定点转浮点时进行前导1检测；
（4）、尾数移位逻辑：尾数移位并判断G、R、S位的值；
（5）、舍入逻辑：根据移位产生的G、R、S位判断结果是否需要加1，并实现指数调整。
本发明还提供了一种带SIMD的高速数据格式转换方法：
（1）浮点数据转换为定点数据
本发明中，需要实现的浮点转定点操作有四类，分别是：双精度和单精度浮点数据转为64位或32位定点数，包括始终向0舍入模式，计算过程如下：
第一步：例外、溢出判断，计算阶差。将A分解为符号、指数和尾数位；判断A是否为非规格化数、特殊数或溢出，如果为特殊数，则根据浮点标准，直接得出结果，并置相应的浮点例外控制寄存器位；取A的指数E，减去指数偏移量e，即计算浮点的实际指数值|E|，确定尾数右移位数。
第二步：尾数右移。根据第一步得到的实际指数值|E|进行移位，如果|E|>0，则E进行左移，如果|E|<0，则E进行右移。
第三步：舍入判断。根据移位产生的G、R、S位判断结果是否需要加1。
第四步：计算补码。如果结果是负整数，则转成补码表示。
第五步：生成计算结果和控制寄存器值。
（2）定点数据转换为浮点数据
本发明中，需要实现的定点转浮点操作有四类，分别是：64位或32位定点数转为双精度或单精度浮点数，包括无符号定点数，计算过程如下：
第一步：求补码与前导1检测。将A的数值与符号分离；求A的补码；确定尾数前导0的个数LZ，从而得到|E|的值。
第二步：计算B的指数值。
第三步：尾数移位。根据求出的实际指数值|E|，对补码进行移位。
第四步：舍入判断。根据移位产生的G、R、S位判断尾数是否需要加1。
第五步：生成计算结果和控制寄存器值。
（3）浮点数据精度之间转换
本发明中，需要实现的浮点数据精度之间转换有两类，分别是：带SIMD的双精度数据与单精度数据互转，计算过程如下：
第一步：例外、溢出判断，计算实际指数|E|。将A分解为符号、指数和尾数位；判断A是否为非规格化数、特殊数或溢出，如果为特殊数，则根据浮点标准，直接得出结果，并置相应的浮点例外控制寄存器位；取A的指数E，减去指数偏移量e，得到A的实际指数|E|。
第二步：计算B的指数。
第三步：计算B的尾数。
第四步：舍入判断。根据第三步产生的G、R、S位判断尾数是否需要加1。
第五步：生成计算结果和控制寄存器值。
本发明为提高数据浮点转换指令的性能，将所有数据转换的操作进行了分类，并实现了一种统一的浮点与定点数据转换部件的设计方法。该设计方法能够实现多种数据格式的转换，支持双精度浮点和64位定点、SIMD单精度浮点和32位定点及双精度浮点与单精度浮点之间的转换。
本发明基于单独的逻辑设计，并加入了SIMD操作，摆脱了传统的基于浮点加法器进行浮点与定点数据之间转换的设计方法，大大提高了信号处理中数据的转换速度和转换效率。
附图说明
图1是浮点转换模块的结构及流水站划分示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明做进一步地详细描述。
基于上述转换指令算法流程分析和设计思路，本发明将格式转换设计成单独部件。由于定点数据转浮点数据是数据格式转换中最为复杂的操作，本发明对流水站的划分以及各个流水站和对应周期所做的操作均以此操作优先考虑，其他操作可以相应的流水执行。
对于单精度或32位指令实现了SIMD，本发明的实现思路是采用逻辑复制方式。在对总体模块进行功能验证后，可以对设计进行逻辑综合，获得时序信息，通过时序信息进行总体的延时评估与流水站均衡划分，实现执行段的流水线划分。如图1所示。图中的三站即为该模块的实际计算过程，每一站的主要执行内容为：
第一站：预处理逻辑。包括：源操作数读取与分离，例外、溢出判断；定点转浮点时源操作数转换为原码；定点转浮点时进行前导1检测；
第二站：移位、舍入与规格化。包括：尾数移位并判断G、R、S位的值；尾数产生、舍入处理，指数调整；
第三站：后处理逻辑。包括：定点转浮点和精度转换时的指数生成；结果生成与输出。
本发明提出了一种基于SIMD技术的高速数据格式转换部件的设计方法，摆脱了传统的基于浮点加法器进行浮点与定点数据之间转换的设计方法，大大提高了信号处理中数据的转换速度和转换效率。

Claims (5)

1.一种带SIMD的高速数据格式转换部件，其特征在于，包括：（1）求补码逻辑；（2）阶差计算逻辑；（3）前导1检测逻辑；（4）尾数移位逻辑；（5）舍入逻辑；其中：
（1）、求补码逻辑：定点转浮点时源操作数转换为原码；
（2）、阶差计算逻辑：计算浮点数的指数偏移；
（3）、前导1检测逻辑：定点转浮点时进行前导1检测；
（4）、尾数移位逻辑：尾数移位并判断G、R、S位的值；
（5）、舍入逻辑：根据移位产生的G、R、S位判断结果是否需要加1，并实现指数调整。
2.一种带SIMD的高速数据格式转换方法，其特征在于，包括
（1）浮点数据转换为定点数据
需要实现的浮点转定点操作有四类，分别是：双精度和单精度浮点数据转为64位或32位定点数，包括始终向0舍入模式；
（2）定点数据转换为浮点数据
需要实现的定点转浮点操作有四类，分别是：64位或32位定点数转为双精度或单精度浮点数，包括无符号定点数；
（3）浮点数据精度之间转换
需要实现的浮点数据精度之间转换有两类，分别是：带SIMD的双精度数据与单精度数据互转。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
浮点数据转换为定点数据的计算过程如下：
第一步：例外、溢出判断，计算阶差；将A分解为符号、指数和尾数位；判断A是否为非规格化数、特殊数或溢出，如果为特殊数，则根据浮点标准，直接得出结果，并置相应的浮点例外控制寄存器位；取A的指数E，减去指数偏移量e，即计算浮点的实际指数值|E|，确定尾数右移位数；
第二步：尾数右移；根据第一步得到的实际指数值|E|进行移位，如果|E|>0，则E进行左移，如果|E|<0，则E进行右移；
第三步：舍入判断；根据移位产生的G、R、S位判断结果是否需要加1；
第四步：计算补码；如果结果是负整数，则转成补码表示；
第五步：生成计算结果和控制寄存器值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
定点数据转换为浮点数据的计算过程如下：
第一步：求补码与前导1检测；将A的数值与符号分离；求A的补码；确定尾数前导0的个数LZ，从而得到|E|的值；
第二步：计算B的指数值；
第三步：尾数移位；根据求出的实际指数值|E|，对补码进行移位；
第四步：舍入判断；根据移位产生的G、R、S位判断尾数是否需要加1；
第五步：生成计算结果和控制寄存器值。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
（3）浮点数据精度之间转换的计算过程如下：
第一步：例外、溢出判断，计算实际指数|E|；将A分解为符号、指数和尾数位；判断A是否为非规格化数、特殊数或溢出，如果为特殊数，则根据浮点标准，直接得出结果，并置相应的浮点例外控制寄存器位；取A的指数E，减去指数偏移量e，得到A的实际指数|E|；
第二步：计算B的指数；
第三步：计算B的尾数；
第四步：舍入判断；根据第三步产生的G、R、S位判断尾数是否需要加1；
第五步：生成计算结果和控制寄存器值。
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