浮點(diǎn)：用 FPGA 嵌入式處理器實(shí)現(xiàn)您的構(gòu)想

　　讓浮點(diǎn)盡在掌握之中

　　Virtex-5 APU-FPU 提供免費(fèi)的 Platform Studio，支持浮點(diǎn)定制。您可分別采用約 2500 個(gè)或約 4900 個(gè) LUT 寄存器對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)單或雙精度 FPU，也可在無(wú)需添加 FPGA 邏輯的情況下運(yùn)行具有浮點(diǎn)仿真功能的軟件應(yīng)用。

　　性能水平可預(yù)先選擇：選擇適當(dāng)?shù)?FPU，或?qū)嵤┰O(shè)計(jì)并確定軟件仿真是否滿足要求;如未滿足，可升級(jí)軟 FPU。

　　顯而易見(jiàn)，如果能從軟件仿真中獲得足夠的性能，則無(wú)需 FPU。但如果需要更高的性能，可使用 APU-FPU。如果應(yīng)用需要 FPU 或正在使用與之配套的編譯器，可選擇雙精度 FPU。如果應(yīng)用僅需單精度運(yùn)算且您正在使用賽靈思 GNU 編譯器，則單精度 FPU 會(huì)降低邏輯要求。謹(jǐn)記，如果選擇雙精度 FPU，它將執(zhí)行單精度運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行四舍五入，以提供單精度 FPU 的精確度。

　　典型性能增益

　　當(dāng)您在評(píng)估是需要硬 FPU 還是軟 FPU 時(shí)，應(yīng)首先確定代碼的浮點(diǎn)密集程度。代碼通常包括不同浮點(diǎn)、整數(shù)、存儲(chǔ)器以及邏輯運(yùn)算等。因此，盡管基準(zhǔn)可作為潛在性能提升的指示器，但運(yùn)行您自己的代碼會(huì)更好。

　　表 1 列出了 400 MHz Virtex-5 FXT PowerPC 440 處理器、軟件仿真以及與該處理器相連的 200 MHz 雙精度 APU-FPU 的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，透過(guò)該表可清晰了解 APU-FPU 執(zhí)行浮點(diǎn)密集代代碼的性能表現(xiàn)。

　　表中所列數(shù)據(jù)是賽靈思用于評(píng)估處理器浮點(diǎn)單元性能的一組基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的子集。平均而言，軟 FPU 可比軟件仿真快 6 倍，而單精度 FPU 可比雙精度 FPU 快 13%。

　　在浮點(diǎn)占主導(dǎo)地位的情況下，可通過(guò)優(yōu)化代碼來(lái)提高軟 FPU 的性能，以充分利用 FPU 管線。FIR 濾波器基準(zhǔn)就是一例很好的潛在性能增益。未經(jīng)優(yōu)化的代碼是典型的“教科書(shū)代碼”，雖便于閱讀，但大多數(shù) FPU 執(zhí)行時(shí)往往效率低下。然而，通過(guò)實(shí)施循環(huán)展開(kāi)、最大限度地延長(zhǎng) FPU 寄存器中常數(shù)的保留時(shí)間，以及交叉存取其他代碼與浮點(diǎn)指令，設(shè)計(jì)方案的性能可得到顯著提高。在本例中，優(yōu)化濾波器代碼比未經(jīng)優(yōu)化的代碼快 3.8 倍，比軟件仿真快 30 倍。

　　總之，Virtex-5 FXT 借助其 PowerPC 440 處理器可為嵌入式應(yīng)用提供眾多選擇。您可在有無(wú) FPU 的情況下執(zhí)行設(shè)計(jì)方案、用性能較高的 FPU來(lái)替代軟件仿真技術(shù)、為 Virtex-5 FXT 量身定制處理能力資源，所有這些都是為了滿足您的最佳設(shè)計(jì)需求，讓“一切盡在您的掌握之中” 。

　　* EDK 10.1 SP2 GNU 帶標(biāo)志的編譯器：-O3 -funroll-循環(huán)

　　表 1——400 MHz 處理器與 200-MHz FPU 的典型浮點(diǎn)性能