介紹

浮點(diǎn)運(yùn)算器（英文：floating point unit，簡稱FPU）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一部分，它是專門用來進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算的（CPU中也叫ALU）。

現(xiàn)在很多高端處理器都有自己的FPU，用來做一些特殊的運(yùn)算，雖然早期的單片機(jī)是沒有FPU的，但是經(jīng)過十幾年的發(fā)展，現(xiàn)在的單片機(jī)都有屬于自己的FPU，雖然其功能不是特別強(qiáng)大，但是最夠其單芯片應(yīng)用環(huán)境下的運(yùn)算使用。

目前簡單的FPU的運(yùn)算有加減乘除和開方。復(fù)雜些還可以計(jì)算超越函數(shù)，例如指數(shù)函數(shù)或者三角函數(shù)，盡管對(duì)大多數(shù)現(xiàn)在的處理器，這些功能都由軟件的函數(shù)庫完成。

接下來介紹一些FPU項(xiàng)目。

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https://github.com/dawsonjon/fpu

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https://opencores.org/projects/fpu100

這是GitHub上排名比較靠前的FPU開源項(xiàng)目，下面是他的介紹：

Verilog 中可合成的 IEEE 754 浮點(diǎn)庫。每個(gè)算術(shù)模塊接受兩個(gè) 32 位數(shù)據(jù)流 a 和 b，并輸出一個(gè)數(shù)據(jù)流 z。

碼流接口在下面手冊中有描述：

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https://github.com/dawsonjon/fpu

提供的運(yùn)算：

提供除法器、乘法器和加法器

提供 float_to_int 和 int_to_float

支持非正規(guī)數(shù)

區(qū)域優(yōu)化

超過 100,000,000 個(gè)測試向量（每個(gè)函數(shù)）

二

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https://opencores.org/projects/fpu

這是OpenCores上的開源項(xiàng)目：

描述

這是一個(gè)單精度浮點(diǎn)單元。它完全符合 IEEE 754 標(biāo)準(zhǔn)。它目前可以執(zhí)行加/減、乘/除 操作，以及整數(shù)到浮點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)到整數(shù)的轉(zhuǎn)換。它支持四種舍入模式：舍入到最近的偶數(shù)、舍入到零、舍入到+INF和舍入到-INF。

現(xiàn)在還有一個(gè)單獨(dú)的 FP 比較單元。它位于 fpu/fcmp 目錄中。

兼容性

FPU 100% 符合 IEEE 754。已經(jīng)跑了超過 1400 萬測試向量，使用 John R. Hauser 的 SoftFloat 庫生成，可在以下網(wǎng)址找到：http ://www.jhauser.us/arithmetic/SoftFloat.html 。

性能

單周期執(zhí)行

4 階段流水線

三

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https://github.com/danshanley/FPU

這也是符合IEEE 754的FPU項(xiàng)目，相關(guān)的測試腳本也很完善。

四

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https://github.com/pulp-platform/fpu

這是專門為pulp-platform（基于RISC-V的SoC平臺(tái)）制作的FPU，是經(jīng)過流片驗(yàn)證的。

關(guān)于pulp-platform的介紹請查看《RISC-V項(xiàng)目介紹》及下方的官方網(wǎng)址：

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https://pulp-platform.org//

五

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https://github.com/cnrv/CNRV-FPU

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https://github.com/jm2000/RISCV-FPU

這也是專門為RISC-V定制的FPU項(xiàng)目。

六

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https://github.com/freecores/double_fpu

這是Xilinx器件實(shí)現(xiàn)的雙精度FPU，使用了FPGA內(nèi)部的DSP資源。

七

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https://github.com/GSejas/Dise-o-ASIC-FPGA-FPU

這也是Xilinx器件實(shí)現(xiàn)的FPU，既可以在Xilinx FPGA上使用，也可以作為ASIC設(shè)計(jì)一部分。

八

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https://github.com/SeanZarzycki/openSPARC-FPU

這個(gè)從標(biāo)題就能看出來，這是專門為openSPARC這一CPU設(shè)計(jì)的FPU。

openSPARC的項(xiàng)目地址：https://www.oracle.com/servers/technologies/opensparc-overview.html

也是開源的CPU。

九

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https://github.com/YutaPic/FPU

這也是在Xilinx FPGA上驗(yàn)證的FPU，下面是在KCU105開發(fā)板上運(yùn)行的性能：

總結(jié)

今天只介紹了幾個(gè)FPU的項(xiàng)目，在SoC盛行的時(shí)代，有助于集成到你的系統(tǒng)里，同時(shí)一些運(yùn)算的Verilog代碼也是值得參考的。運(yùn)算和數(shù)字電路設(shè)計(jì)，這里推薦一個(gè)名為《Computer Arithmetic - Algorithms and Hardware Designs》的PDF，關(guān)于這些運(yùn)算的理論知識(shí)都可以在這里學(xué)到。

審核編輯：劉清