[发明专利]处理器浮点单元前导零数量的超前运算方法及系统

权利要求书

1.一种处理器浮点单元前导零数量的超前运算方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

步骤100：译码运算，得到每8位数据的前导零个数：将数据位为8n位的数据A[8n-1:0]按照从高位到低位的顺序依次分为8位一组，分别通过n个8-4译码器译出n个8位数据中前导零的个数B_m[3:0]；其中，B_m表示第m组8位数据的前导零个数，m＝1～n，n＝1～8；

步骤200：通过三级中的每一级的超前运算和逻辑判断得到数据A[8n-1:0]的前导零个数，每一级中会对输入数据进行两两分对，各对之间并行开展运算；其中，n为奇数时，最后一对只有一个输入数据；其中，

步骤200包括以下步骤：

步骤210：第一级输入为译码运算的结果B_m[3:0]，输出为每16位或8位数据的前导零个数B_jk[4:0]，逻辑判断依据为每对输入数据的最高位B_m[3]，输出来自超前运算的结果和/或输入数据的低三位B_m[2:0]；其中，k＝j+1，j＝1,3,5,7且j≤n；

步骤220：第二级输入为第一级输出的结果B_jk[4:0]，输出为每32位、16位或8位数据的前导零个数B_jkrs[5:0]，逻辑判断依据为每对输入数据的最高位B_jk[4]，输出来自超前运算的结果和/或输入数据的低四位B_jk[3:0]；其中，k＝j+1，r＝j+2，s＝j+3，j＝1,5且j≤n；

步骤230：第三级输入为第二级输出的结果B_jkrs[5:0]，输出为8n位数据的前导零个数B；逻辑判断依据为每对输入数据的最高位B_jkrs[5]，输出来自超前运算的结果和/或输入数据的低四位B_jkrs[4:0]；其中，n＝1～8；

8-4译码器的译码原理为，当输入数据为8’b00000000时，输出数据为4’b1000；当输入数据为8’b00000001时，输出数据为4’b0111；当输入数据为8’b0000001x时，输出数据为4’b0110；当输入数据为8’b000001xx时，输出数据为4’b0101；当输入数据为8’b00001xxx时，输出数据为4’b0100；当输入数据为8’b0001xxxx时，输出数据为4’b0011；当输入数据为8’b001xxxxx时，输出数据为4’b0010；当输入数据为8’b01xxxxxx时，输出数据为4’b0001；当输入数据为8’b1xxxxxxx时，输出数据为4’b0000；其中，x＝0或1；

数据B_m[3:0]的运算公式为：

B_m[3]＝～(A[7]|A[6]|A[5]|A[4]|A[3]|A[2]|A[1]|A[0])；

B_m[2]＝～(A[7]|A[6]|A[5]|A[4]|A[3]|A[2]|A[1]|～A[0])(A[3]|A[2]|～A[1])(A[3]|～A[2])(～A[3])；

B_m[1]＝～(A[7]|A[6]|A[5]|A[4]|A[3]|A[2]|((A[1]|～A[0])～A[1]))(A[5]|～A[4])(～A[5])；

B_m[0]＝～(A[7]|(A[6]|A[5]|(A[4]|A[3]|(A[2]|A[1]|～A[0])～A[2])～A[4])～A[6])；

其中，A[p]为数据A的第p+1位，B_m[q](q＝0～3)为数据B_m的第q+1位；其中，p＝0～7；

当n＝1时，B₁即为运算的前导零数量，运算结束；当1n≤8时，将B_m由高位到低位两两分为一对，各对之间并行开展第一级运算，当n为奇数时最后一对不足两个数据，则保留B_n不做运算，B_n的值直接传输给下一级，位数不足时高位补零；或

当n＝2时，B₁和B₂的运算结果B₁₂即为运算的前导零数量，运算结束；当2n≤8时，进入第二级逻辑判断，将第一级逻辑判断的输出结果B_jk由高位到低位两两分为一对，各对之间并行开展第二级逻辑判断，若最后一对不足两个数据，则保留一个数据不做运算直接传递给下一级，位数不足时高位补零，其中k＝j+1；j＝1，3，5，7且j≤n；或

当2n≤4时，B₁₂₃₄即为运算的前导零数量，运算结束；当4n≤8时，进入第三级逻辑判断，对第二级逻辑判断的两个运算结果进行运算；

每一级超前运算包括：

在第一级超前运算中，若高位数值B_j8，则该对数据前导零个数为B_jk＝5’b{00,B_j[2:0]}；若高位数值B_j＝8，而低位数值B_k8，则该对数据前导零个数为B_jk＝5’b{01,B_k[2:0]}；若高位数值B_j＝8，且低位数值B_k＝8，则该对数据前导零个数为B_jk＝5’b{10,000}；当n为奇数时，最后一对只有B_n，只需在高位补零即可输出B_jk＝5’b{0,B_n[3:0]}；其中，k＝j+1，j＝1,3,5,7且j≤n；

在第二级超前运算中，若高位数值B_jk16，则该对数据前导零个数为B_jkrs＝6’b{00,B_jk[3:0]}；若高位数值B_jk＝16，而低位数值B_rs16，则该对数据前导零个数为B_jkrs＝6’b{01,B_rs[3:0]}；若高位数B_jk＝16，且低位数值B_rs＝16，则该对数据前导零个数为B_jkrs＝6’b{100,000}；当最后一对只有一个数据B_jk时，只需在高位补零即可输出B_jkrs＝6’b{0,B_jk[4:0]}；其中，k＝j+1，r＝j+2，s＝j+3，j＝1,5且j≤n；

在第三级超前运算中，若高位数值B₁₂₃₄32，则该对数据前导零个数为B＝7’b{00,B₁₂₃₄[4:0]}；若高位数值B₁₂₃₄＝32，而低位数值B₅₆₇₈32，则该对数据前导零个数为B＝7’b{01,B₅₆₇₈[4:0]}；若高位数B₁₂₃₄＝32，且低位数值B₅₆₇₈＝32，则该对数据前导零个数为B＝7’b{1,000,000}；

每一级逻辑判断包括：

在第一级逻辑判断中，若B_j的最高位B_j[3]＝0，则输出B_jk＝5’b{00,B_j[2:0]}；若B_j[3]＝1，而B_k[3]＝0，则输出B_jk＝5’b{01,B_k[2:0]}；若B_j[3]＝1，且B_k[3]＝1，则输出B_jk＝5’b{10,000}；当n为奇数时，最后一对只有B_n，输出B_jk＝5’b{0,B_n[3:0]}；其中，k＝j+1，j＝1,3,5,7且j≤n；

在第二级逻辑判断中，若B_jk[4]＝0，则输出B_jkrs＝6’b{00,B_jk[3:0]}；若B_jk[4]＝1，而B_rs[4]＝0，则输出B_jkrs＝6’b{01,B_rs[3:0]}；若B_jk[4]＝1，且B_rs[4]＝1，则输出B_jkrs＝6’b{100,000}；当最后一对只有一个数据B_jk时，输出B_jkrs＝6’b{0,B_jk[4:0]}；其中，k＝j+1，r＝j+2，s＝j+3，j＝1,5且j≤n；

在第三级逻辑判断中，若B₁₂₃₄[5]＝0，则输出B＝7’b{00,B₁₂₃₄[4:0]}；若B₁₂₃₄[5]＝1而B₅₆₇₈[5]＝0，则输出B＝7’b{01,B₅₆₇₈[4:0]}；若B₁₂₃₄[5]＝1且B₅₆₇₈[5]＝1，则输出B＝7’b{1,000,000}；当只存在B₁₂₃₄，没有B₅₆₇₈时，前导零个数B＝B₁₂₃₄。

2.一种处理器浮点单元前导零数量的超前运算系统，其特征在于包括：

第一模块，用于译码运算得到每8位数据的前导零个数：将数据位为8n位的数据A[8n-1:0]按照从高位到低位的顺序依次分为8位一组，分别通过n个8-4译码器译出n个8位数据中前导零的个数B_m[3:0]；其中，B_m表示第m组8位数据的前导零个数，m＝1～n，n＝1～8；

第二模块，用于通过三级中的每一级的超前运算和逻辑判断得到数据A[8n-1:0]的前导零个数，每一级中会对输入数据进行两两分对，各对之间并行开展运算；其中，n为奇数时，最后一对只有一个输入数据；

8-4译码器的译码原理为，当输入数据为8’b00000000时，输出数据为4’b1000；当输入数据为8’b00000001时，输出数据为4’b0111；当输入数据为8’b0000001x时，输出数据为4’b0110；当输入数据为8’b000001xx时，输出数据为4’b0101；当输入数据为8’b00001xxx时，输出数据为4’b0100；当输入数据为8’b0001xxxx时，输出数据为4’b0011；当输入数据为8’b001xxxxx时，输出数据为4’b0010；当输入数据为8’b01xxxxxx时，输出数据为4’b0001；当输入数据为8’b1xxxxxxx时，输出数据为4’b0000；其中，x＝0或1；

数据B_m[3:0]的运算公式为：

B_m[3]＝～(A[7]|A[6]|A[5]|A[4]|A[3]|A[2]|A[1]|A[0])；

B_m[2]＝～(A[7]|A[6]|A[5]|A[4]|A[3]|A[2]|A[1]|～A[0])(A[3]|A[2]|～A[1])(A[3]|～A[2])(～A[3])；

B_m[1]＝～(A[7]|A[6]|A[5]|A[4]|A[3]|A[2]|((A[1]|～A[0])～A[1]))(A[5]|～A[4])(～A[5])；

B_m[0]＝～(A[7]|(A[6]|A[5]|(A[4]|A[3]|(A[2]|A[1]|～A[0])～A[2])～A[4])～A[6])；

其中，A[p]为数据A的第p+1位，B_m[q](q＝0～3)为数据B_m的第q+1位；其中，p＝0～7；

当n＝1时，B₁即为运算的前导零数量，运算结束；当1n≤8时，将B_m由高位到低位两两分为一对，各对之间并行开展第一级运算，当n为奇数时最后一对不足两个数据，则保留B_n不做运算，B_n的值直接传输给下一级，位数不足时高位补零；或

当n＝2时，B₁和B₂的运算结果B₁₂即为运算的前导零数量，运算结束；当2n≤8时，进入第二级逻辑判断，将第一级逻辑判断的输出结果B_jk由高位到低位两两分为一对，各对之间并行开展第二级逻辑判断，若最后一对不足两个数据，则保留一个数据不做运算直接传递给下一级，位数不足时高位补零，其中k＝j+1；j＝1，3，5，7且j≤n；或

当2n≤4时，B₁₂₃₄即为运算的前导零数量，运算结束；当4n≤8时，进入第三级逻辑判断，对第二级逻辑判断的两个运算结果进行运算；

每一级超前运算包括：

在第一级超前运算中，若高位数值B_j8，则该对数据前导零个数为B_jk＝5’b{00,B_j[2:0]}；若高位数值B_j＝8，而低位数值B_k8，则该对数据前导零个数为B_jk＝5’b{01,B_k[2:0]}；若高位数值B_j＝8，且低位数值B_k＝8，则该对数据前导零个数为B_jk＝5’b{10,000}；当n为奇数时，最后一对只有B_n，只需在高位补零即可输出B_jk＝5’b{0,B_n[3:0]}；其中，k＝j+1，j＝1,3,5,7且j≤n；

在第二级超前运算中，若高位数值B_jk16，则该对数据前导零个数为B_jkrs＝6’b{00,B_jk[3:0]}；若高位数值B_jk＝16，而低位数值B_rs16，则该对数据前导零个数为B_jkrs＝6’b{01,B_rs[3:0]}；若高位数B_jk＝16，且低位数值B_rs＝16，则该对数据前导零个数为B_jkrs＝6’b{100,000}；当最后一对只有一个数据B_jk时，只需在高位补零即可输出B_jkrs＝6’b{0,B_jk[4:0]}；其中，k＝j+1，r＝j+2，s＝j+3，j＝1,5且j≤n；

在第三级超前运算中，若高位数值B₁₂₃₄32，则该对数据前导零个数为B＝7’b{00,B₁₂₃₄[4:0]}；若高位数值B₁₂₃₄＝32，而低位数值B₅₆₇₈32，则该对数据前导零个数为B＝7’b{01,B₅₆₇₈[4:0]}；若高位数B₁₂₃₄＝32，且低位数值B₅₆₇₈＝32，则该对数据前导零个数为B＝7’b{1,000,000}；

每一级逻辑判断包括：

在第一级逻辑判断中，若B_j的最高位B_j[3]＝0，则输出B_jk＝5’b{00,B_j[2:0]}；若B_j[3]＝1，而B_k[3]＝0，则输出B_jk＝5’b{01,B_k[2:0]}；若B_j[3]＝1，且B_k[3]＝1，则输出B_jk＝5’b{10,000}；当n为奇数时，最后一对只有B_n，输出B_jk＝5’b{0,B_n[3:0]}；其中，k＝j+1，j＝1,3,5,7且j≤n；

在第二级逻辑判断中，若B_jk[4]＝0，则输出B_jkrs＝6’b{00,B_jk[3:0]}；若B_jk[4]＝1，而B_rs[4]＝0，则输出B_jkrs＝6’b{01,B_rs[3:0]}；若B_jk[4]＝1，且B_rs[4]＝1，则输出B_jkrs＝6’b{100,000}；当最后一对只有一个数据B_jk时，输出B_jkrs＝6’b{0,B_jk[4:0]}；其中，k＝j+1，r＝j+2，s＝j+3，j＝1,5且j≤n；

在第三级逻辑判断中，若B₁₂₃₄[5]＝0，则输出B＝7’b{00,B₁₂₃₄[4:0]}；若B₁₂₃₄[5]＝1而B₅₆₇₈[5]＝0，则输出B＝7’b{01,B₅₆₇₈[4:0]}；若B₁₂₃₄[5]＝1且B₅₆₇₈[5]＝1，则输出B＝7’b{1,000,000}；当只存在B₁₂₃₄，没有B₅₆₇₈时，前导零个数B＝B₁₂₃₄。