基于RISC-V浮点指令集FPU的研究与设计

针对目前浮点运算软件实现速度慢,不能满足嵌入式处理器实时性要求以及运算种类有限等问题,提出了一种基于RISC-V指令集的浮点处理器,能够执行加法、减法、乘法、除法、平方根、乘累加以及比较运算,完全符合IEEE 754-2008标准。在VCS仿真环境下对浮点处理器进行了功能验证,各模块均能满足正确性要求。将浮点处理器与一款开源处理器核蜂鸟E203集成,使用SMIC 0.18工艺库完成了逻辑综合,并在FPGA上对设计进行了测试。结果表明,该浮点处理器的逻辑门数仅为24 200,吞吐量为150 MFLOPS,与已公开文献的设计方案相比,硬件面积分别减少7%、1.5%。综合运行频率可达100 MHz。     

一个浮点数学函数库测试平台

数学函数库作为CPU软件的重要组成部分,对于高性能计算机平台上的科学计算、工程数值计算起着极为关键的作用.现有的测试工具只能片面地对函数库进行测试,没有从正确性、精度和函数性能这3方面加以考虑,而且往往只针对一类目标体系结构,适用性有限.针对现有测试工具的缺陷,提出了面向多目标体系结构、全面可复用的一体化测试平台BMltest(basic math library test).测试平台结合函数特征值、IEEE-754特殊数以及利用浮点数生成规则实现的全浮点域指数分布的IEEE-754规范数构造了测试集,有效提高了测试集浮点数的覆盖率;提出了基于多精度库MPFR(multiple-precision floating-point reliable library)的精度测试方法,提高了精度测试的可靠性;提出了基于代码隔离的性能测试方法,最大限度地降低了外部环境对性能测试的干扰.针对大量的浮点测试结果,给出了合理的结果评价方案.测试平台使用的测试集数据与函数做到了相关性的极大分离,保证了测试方法的普适性.通过对包括GNU,Open64及Mlib函数库内所有855个函数的测试结果表明:BMltest平台的测试数据集更全面、有效,精度测试方法更可靠;与其他测试平台相比,性能测试结果更准确、稳定.     

一种用于浮点乘法的边界筛选伪随机测试方法

复杂测试空间中难以命中的冷僻细节,导致在IEEE浮点算法测试过程中难以验证单条浮点运算的正确性。该文针对传统直接随机测试方法的缺点,提出一种边界筛选生成案例的测试方法。该方法对待测算法边界条件建模,求解边界条件,利用解来构造筛选操作数的标准,并通过筛选操作数实现测试。实验证明该方法比直接随机测试方法更可靠。     

基于FPGA的整数开方运算

在使用FPGA作为控制芯片对发电机进行控制时,发电机的三相电压有效值计算涉及到开方运算。若要在FPGA上实现某个数的开方运算,QuartusII提供了开方模块altfp_sqrt,但是这个模块有严格的使用要求,要求用户输入的被开方数是IEEE754标准浮点数,altfp_sqrt模块的输出结果也是IEEE754标准浮点数。这种浮点数不便于用户使用和阅读。用VHDL语言提出了一种基于FPGA的整数转换为IEEE754标准浮点数的方法,同时也提出了基于FPGA的IEEE754标准浮点数转化为整数的方法,应用这两种方法再结合Quartus II提供的altfp_sqrt模块实现了对整数的开方运算。以Quartus II为软件工具,以Cyclone II系列的EP2C8Q208C8为硬件平台,在发电机控制应用中对方法的正确性给予了证明。     

GPIB通用接口的研制

当前对新型的电子测量仪器的设计应具备能自动测试系统工作的能力.GPIB标准接口就是为此目的而设计的.本文以小信号直流电压的数据采集为例,着重介绍了接口板与计算机之间以IEEE-488进行数据传输以及接口板直接对其他智能仪器程控的硬件和软件的实现.     

环境试验自动测试系统

分析了目前通信和测控系统装备进行环境试验测试的现状和需求。针对环境试验对自动测试的需求,给出了一种基于通用测试接口GPIB和VISA编程规范的由台式仪器搭建的环境试验自动测试系统(ATS)。介绍了系统原理和架构、软件功能及工作流程,系统的实用性已经在使用中得到了验证。总结了该系统的特点,分析了自动测试系统的发展趋势。     

Perturbing and evaluating numerical programs without recompilation—the wonglediff way

wonglediff is a program that tests the sensitivity of arbitrary program executables or processes to changes that are introduced by a process that runs in parallel. On Unix and Linux kernels, wonglediff creates a supervisor process that runs applications and, on the fly, introduces desired changes to their process state. When execution terminates, it then summarizes the resulting changes in the output files. The technique employed has a variety of uses. This paper describes an implementation of wonglediff that checks the sensitivity of programs to random changes in the floating‐point rounding modes. It runs a program several times, ‘wongling’ it each time: randomly toggling the IEEE‐754 rounding mode of the program as it executes. By comparing the resulting output, one gets a poor man's numerical stability analysis for the program. Although the analysis does not give any kind of guarantee about a program's stability, it can reveal genuine instability, and it does serve as a particularly useful and revealing idiot light. In our implementation, differences among the output files from the program's multiple runs are summarized in a report. This report is in fact an HTML version of the output file, with inline mark‐up summarizing individual differences among the multiple instances. When viewed with a browser, the differences can be highlighted or rendered in many different ways. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

Semantics of roundoff error propagation in finite precision calculations

We introduce a concrete semantics for floating-point operations which describes the propagation of roundoff errors throughout a calculation. This semantics is used to assert the correctness of a static analysis which can be straightforwardly derived from it. In our model, every elementary operation introduces a new first order error term, which is later propagated and combined with other error terms, yielding higher order error terms. The semantics is parameterized by the maximal order of error to be examined and verifies whether higher order errors actually are negligible. We consider also coarser semantics computing the contribution, to the final error, of the errors due to some intermediate computations. As a result, we obtain a family of semantics and we show that the less precise ones are abstractions of the more precise ones.     

一种便于扩展的导弹自动驾驶仪测试系统

从实际应用的角度出发介绍了一种便于扩展的导弹自动驾驶仪通用测试系统,该系统所有程控仪器间的连接都采用IEEE-488总线接口,规范了系统硬件设计的接口标准,方便了系统软件开发。该测试系统最主要的特点是便于扩展,因此,具有较高的推广应用价值。