计算机算术是微处理器运算的数学基础,其中一个非常重要的部分就是超越函数的计算问题。超越函数包含了三角函数,反三角函数,指数函数以及对数函数。超越函数的值,通常需要无穷多个计算步骤才能求得。如何以合理的硬件代价,快速实现高精度的浮点超越函数,是高性能微处理器设计的关键问题之一。 本文来源于西北工业大学航空微电子中心承担的国防“十五”预研课题(项目编号41308010307),作者参与完成了PC104工控系统SoC芯片“龙腾S1”的研制,负责完成了微处理器内核中的浮点执行单元的设计与验证工作。 论文的主要工作如下: 1.详细分析了超越函数的实现算法,经过分析比较,选择采用HP CORDIC (High Precision COordinate Rotation Digital Computer,高精度坐标旋转数字计算机)算法作为龙腾S1中微处理器核的超越函数实现算法。 2.提出了“龙腾S1”中微处理器核的浮点执行单元的总体结构,并基于该结构确定了HP CORDIC算法实现三角类超越函数的详细流程。 3.完成了浮点执行单元的设计和编码,并结合“龙腾S1”的验证计划,使用代码检查、覆盖率分析、时序分析、功能点验证和联合验证的方式对浮点执行单元进行了充分的验证。 目前,“龙腾S1”系统芯片已经成功流片,该芯片集成了486DX2兼容微处理器以及系统控制器和外设控制器、看门狗等。基于“龙腾S1”芯片的PC104工控机主机单板稳定运行了DOS6.22操作系统和典型应用程序,并在某型号无人机飞行控制系统中顺利完成了应用验证。本文的研究成果,为进一步研究高性能的浮点执行单元,打下了坚实的基础。