[发明专利]一种基于镜像查找表实现任意浮点型运算的硬件计算系统及其计算方法

说明书

本发明涉及一种基于镜像查找表实现任意浮点型运算的硬件计算系统及其计算方法，计算系统包括调度模块，进行总体任务的调度和连接；镜像查找表模块，存储镜像查找表，实现多分类并行查找；延时模块，对输入数据进行延拍，实现流水计算；分段乘法器模块，将输入32位的定点型乘法因数分别分为4个8位的因子进行计算，对应相乘后，将输出数据整合截位，最终输出32位的乘法结果；数据处理单元模块，包含定浮转换单元和加法单元。有益效果：本发明采用镜像查找表和多段乘法器，内部运用多分类并行执行的方法，在确保硬件计算性能和精度高的前提下，降低算法的硬件资源开销，并降低实际硬件运行功耗和计算运行周期，适用于各种场景下类似的计算。

技术领域

本发明涉及函数计算的硬件实现领域，具体涉及一种基于镜像查找表实现任意浮点型运算的硬件计算系统及其计算方法。

背景技术

查找表（Look_Up_Table）简称为LUT，在本质上实现的是一个静态的RAM，目前大量的用于硬件算法和函数的实现中，相较于传统逻辑算法实现，查找表方法在硬件实现中使用更少的时钟周期数以及更高的运行效率。但同时，查找表方法需要占用一部分硬件实现面积用于存储固定数值的点数，一般算法所需要的精度越高，查找表所需要存储的点数就会呈现几何倍数递增，导致硬件实现面积相对于其他类型的实现方式变大。LUT方式多数用于对精度要求不高，但对时序要求较高的硬件实现中，在当前硬件发展工业中，大多用于对幂指数函数、对数函数和神经网络的各类激活函数（sigmoid、tanh、relu等）等函数运算的硬件实现。

运算作为一种常见的基本运算函数，包含了开根、指数运算等基本运算的实现，在集成电路IP发展和实际工业运用中占据十分重要的地位。

当前对运算主要的实现方式有线性近似、Talyor展开法以及传统的查找表等方式，这些方法大多存在硬件面积大、时序周期长、精度差等缺点，因此研究一种综合全面的函数硬件IP实现，对于现代集成电路工业技术发展具有十分重要的意义。

发明内容

发明目的：旨在克服以上现有技术的不足，综合考虑硬件实现的精度、面积功耗和周期方面，提供一种利用镜像查找表和分段乘法器，在保证函数实现的高精度的同时，降低硬件实现面积和功耗，减少运算时钟周期。

技术方案：一种基于镜像查找表实现任意浮点型运算的硬件计算系统，包括任务调度模块、镜像LUT模块、分段乘法器模块。

所述任务调度模块进行任务的调度和连接。所述任务调度模块按照任务调度调用延时模块和数据处理单元模块，将控制处理的数据送入镜像LUT模块和分段乘法器模块，最终输出指数函数的最终运算结果。

所述镜像LUT模块存储镜像查找表，根据输入模块判决信号判断查找类型是以2为底的对数函数结果，或者是2的指数函数结果。

所述分段乘法器模块对输入32位的乘法因数乘法分别分为4个8位的乘法因子计算，对应相乘后，将输出数据整合截位，最终输出乘法结果。

在进一步的实施例中，镜像查找表分为dataX和dataY ，两种数据的值对于以2为底的对数函数和2的指数函数来说，两者的值域和定义域互为对方的镜像对称映射，其中dataX 存储的数据为，dataY存储的数据为 ，以上两种数据在硬件中均采用浮点类型表示。为了保证镜像查找表的运行时序达到1.5Ghz以上，采用对镜像查找表进行多分类，将1024点按照数值范围划分数据域，共分为32类，每一类中采用32路并行查找的方式，极大提高硬件运行能力。

在进一步的实施例中，所述镜像LUT模块包括MUX选通，当选择信号指向功能时，则采用以dataX为查找因子，dataY为查找结果；当选择信号指向功能时，则翻转镜像，采用以dataY为查找因子，dataX为查找结果。通过该方式减少存储的数据量，降低查找表的面积。

基于镜像查找表实现的硬件计算系统的具体计算流程如下：