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Previous issue date: 2010-03-15 / Arithmetic circuits are a fundamental part of digital systems, since every piece of information processed by them must first be encoded as numbers, and arithmetic is the ultimate way to systematically manipulate numbers. There exists a large number of available number encoding schemes, but three of these stand as useful in most situations: unsigned, integer and floating point. The first two are simpler and more universal, but some applications do require the recourse to the extended range of values, and the increased precision of floating point representations. Although the use of floating point hardware in FPGAs has long been considered unfeasible or relegated to use only in expensive devices and platforms, this is no longer the case. This work describes the design process, the implementation and a preliminary evaluation of single-precision floating point hardware units for an instance of the MIPS processor architecture. It explores several fully-fledged implementations that have the form of strongly coupled coprocessors. These coprocessors take as little room as 4% of a medium-sized FPGA, while the processor CPU may take only 3% of the same device. The space exploration process described here values area, performance and power metrics and considers variations on the choice of synthesis tool, floating point unit generation method and architectural issues such as clocking schemes. The conducted experiments show reductions of more than 20 times in clock cycles count for typical floating point application modules, when compared to the use of software-emulated floating point processing. / Circuitos aritm?ticos s?o parte fundamental de sistemas digitais, uma vez que cada por??o de informa??o processada por estes deve ter sido codificada previamente sob a forma de n?meros, e que a aritm?tica ? a forma por excel?ncia de proceder ? manipula??o sistem?tica de n?meros. Existe uma grande quantidade de esquemas de codifica??o usados em sistemas digitais, mas tr?s formas de representa??o se sobressaem por serem usadas na maioria maci?a das situa??es: n?meros sem sinal, n?meros inteiros e a representa??o de ponto flutuante. Os dois primeiros s?o mais simples e mais universais, mas algumas aplica??es exigem o recurso ? faixa estendida de valores e ? precis?o incrementada de representa??es de ponto flutuante. Embora o uso de hardware de ponto flutuante em FPGAs tenha sido por muito tempo considerado invi?vel ou relegado ao uso apenas em dispositivos e plataformas de alto custo, esta n?o ? mais a situa??o atual. Este trabalho descreve o processo de projeto, a implementa??o f?sica e uma avalia??o preliminar de unidades de processamento de ponto flutuante de precis?o simples em hardware para uma arquitetura de processador MIPS. Exploram-se v?rias implementa??es completas que t?m a forma de coprocessadores fortemente acoplados. Estes coprocessadores ocupam apenas 4% de um FPGA de tamanho m?dio, enquanto o processador em si ocupa 3% do mesmo dispositivo. O processo de explora??o do espa?o de solu??es de projeto descrito aqui considera as figuras de m?rito ?rea, desempenho e pot?ncia e considera varia??es na escolha da ferramenta de s?ntese, do m?todo de gera??o a unidade de ponto flutuante e quest?es arquiteturais tais como estrat?gias de uso de rel?gios. Os experimentos conduzidos mostram redu??es de mais de 20 vezes na contagem do n?mero de ciclos de rel?gio do processador, para m?dulos de aplica??o t?picos que usam ponto flutuante de forma intensiva, quando comparado com processamento de representa??es de ponto flutuante emulado em software.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede2.pucrs.br:tede/5211 |
| Date | 15 March 2010 |
| Creators | Rodolfo, Taciano Ares |
| Contributors | Calazans, Ney Laert Vilar |
| Publisher | Pontif?cia Universidade Cat?lica do Rio Grande do Sul, Programa de P?s-Gradua??o em Ci?ncia da Computa??o, PUCRS, BR, Faculdade de Inform?ca |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS, instname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, instacron:PUC_RS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 1974996533081274470, 500, 600, 1946639708616176246 |
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