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浮動小数点

ARM浮動小数点アーキテクチャ(VFP)は、半精度/単精度/倍精度の浮動小数点演算をハードウェアによって支援するもので、完全なソフトウェア ライブラリのサポートによってIEEE 754に完全準拠します。  

ARM VFPの浮動小数点機能は、自動車のパワー トレインやボディ制御アプリケーションのほか、イメージング アプリケーション(印刷におけるスケーリング、変換、フォント生成、グラフィックスにおける3D変換、FFT、フィルタリングなど)の浮動小数点演算性能を高めます。 インターネット機器、セットトップ ボックスホーム ゲートウェイに代表される次世代コンシューマ製品は、ARM VFPによって大きな恩恵を受けることができます。

VFPのアプリケーション

  • 自動車制御アプリケーション
    • パワー トレイン
    • ABS、トラクション制御、アクティブ サスペンション
  • 3Dグラフィックス
    • デジタル コンシューマ製品
    • セットトップ ボックス、ゲーム コンソール
  • イメージング
  • 産業用制御システム
    • 動作制御

ARM VFPによって実現される浮動小数点のダイナミック レンジと精度は、産業分野や自動車分野のさまざまなリアルタイム制御アプリケーションで大きな効果を発揮します。 自動車のパワー トレイン、アンチロック ブレーキ、トラクション制御、アクティブ サスペンション システムはいずれも、本質的に精度と予測可能性が求められる極めて重要なアプリケーションです。

VFPアーキテクチャのバージョン

ARMv7より前のアーキテクチャでは、VFPはVector Floating-point Architectureを表し、ベクタ演算に使用されていました。

ハードウェア浮動小数点演算機能は多くのアプリケーションに不可欠であり、高度な設計ツール(MatLab、MATRIXx、LabVIEWなど)を使用してSoC(System on Chip)設計フローに組み込むことによって、システムを直接モデリングし、アプリケーション コードをドライブすることができます。 NEON™マルチメディア処理機能とハードウェア浮動小数点処理を組み合わせることによって、スケーリング/2D/3D変換、フォント生成、デジタル フィルタなどのイメージング アプリケーションの性能を高めることができます。

VFPは大きく次の3つのバージョンを経て現在に至っています。

  1. VFPv1は廃止されました。 詳細については、ARMまでお問い合わせください。
  2. VFPv2は、ARMv5TE、ARMv5TEJ、ARMv6アーキテクチャのARM命令セットに対するオプションの拡張機能です。
  3. VFPv3は、ARMv7-AプロファイルとARMv7-RプロファイルにおけるARM、 Thumb®、ThumbEEの各命令セットに対するオプションの拡張機能です。VFPv3は、32個または16個のダブルワード レジスタを使用して実装されます。 この2つの実装方法を区別するために、VFPv3-D32およびVFPv3-D16という用語が使用されます。 VFPv3は、半精度浮動小数点と単精度浮動小数点間で双方向の変換機能を備えた半精度拡張機能によって拡張できます。
 
 


VFP9-S

論理合成可能なベクタ浮動小数点(VFP)コプロセッサARM VFP9-Sは、ARM9E™ ファミリのすべてのプロセッサ コアと互換性があります。単精度と倍精度の両方の浮動小数点をサポートし、ARMの サポート ソフトウェアによってIEEE754に完全準拠(ハードウェアのみでは準適合)します。サポート コードには、2つのコンポーネントがあります。1つは、実装されていない関数(超越関数など)を実行するルーチンのライブラリといくつかのサポート関数(除算など)、もう1つは、例外条件を処理するための一連の例外ハンドラです。

VFP9-Sの特徴

  • ARM VFPv2 ISA
  • 16個の倍精度レジスタまたは32個の単精度レジスタ
  • ARMサポート コードによってIEEE754に完全準拠
  • IEEE754準適合のRunFastモード(ハードウェアのみ)
  • VFP10およびVFP11とバイナリ互換
  • サポート ツールおよびセル ライブラリによってあらゆるプロセスに移植可能
  • 10~13万ゲート
  • 1.3 Mflops/MHz
  • 面積1.0 mm2未満TSMC 0.13 µm G
  • 180~210 MHz(ワースト ケース)TSMC 0.13 µm G
  • 消費電力0.4 mW/MHz(ティピカル)未満TSMC 0.13 µm G

VFP9-Sの利点

ARM VFP9-Sのベクタ処理機能は、自動車のパワー トレインやボディ制御アプリケーションのほか、イメージング アプリケーション(印刷におけるスケーリング、変換、フォント生成、グラフィックスにおける3D変換、FFT、フィルタリングなど)の浮動小数点演算性能を高めます。インターネット機器、セットトップ ボックス、ホーム ゲートウェイに代表される次世代コンシューマ製品は、ARM VFP9によって大きな恩恵を受けることができます。

VFP9-Sのアプリケーション

  • 自動車制御アプリケーション:
    • パワー トレイン
    • ABS、トラクション制御、アクティブ サスペンション
  • 3Dグラフィックス
  • デジタル コンシューマ製品
    • セットトップ ボックス、ゲーム コンソール
  • イメージング
    • レーザー プリンタ、デジタル スチル カメラ、デジタル ビデオ カメラ
  • 産業用制御システム
    • 動作制御

ARM VFP9-Sによって実現される浮動小数点のダイナミック レンジと精度は、産業分野や自動車分野のさまざまなリアルタイム制御アプリケーションで大きな効果を発揮します。 自動車のパワー トレイン、アンチロック ブレーキ、トラクション制御、アクティブ サスペンション システムはいずれも、本質的に精度と予測可能性が求められる極めて重要なアプリケーションです。

VFP9-SをSoC設計に組み込むことにより、開発期間を短縮し、性能に対する信頼性を高めることが可能です。 技術計算ツール(MatLab、MATRIxxなど)を使用してシステムを直接モデリングし、アプリケーション コードをドライブすることができます。システム設計の動作の精度、信頼性、予測性が向上するため、開発期間を短縮し、性能に対する信頼性を高めることが可能です。  


VFP10

ARM VFP10は、ハード マクロセルのベクタ浮動小数点(VFP)コプロセッサで、ARM10E™ ファミリのすべてのCPUコアと互換性があります。単精度と倍精度の両方の浮動小数点をサポートし、ARMのサポート ソフトウェアによってIEEE754に完全準拠(ハードウェアのみでは準適合)します。サポート コードには、2つのコンポーネントがあります。1つは、実装されていない関数(超越関数など)を実行するルーチンのライブラリといくつかのサポート関数(除算など)、もう1つは、例外条件を処理するための一連の例外ハンドラです。

VFP10の特徴

  • ISAはARM VFPv2
  • 16個の倍精度レジスタまたは32個の単精度レジスタ
  • 64ビットのLD/STインタフェースを持つ大きな独立したレジスタ ファイル
  • ARMサポート コードによってIEEE754に完全準拠
  • IEEE754準適合のRunFastモード(ハードウェアのみ)
  • VFP9およびVFP11とバイナリ互換
  • スカラ演算およびベクタ演算のサポート(FP DSPに最適)
  • 並列LD/ST、FMAC、およびDIV/SQRT実行エンジン
  • 2.0 Mflops/MHz
  • 面積約1.16 mm 2 TSMC 0.13 µm LV
  • 最大325 MHz(ワースト ケース)TSMC 0.13 µm LV
  • 消費電力0.4 mW/MHz(ティピカル)未満TSMC 0.13 µm LV

VFP10命令セット(VFPv2)

  • 算術演算:
    • 加算、減算、乗算、否定乗算、否定、絶対値、比較、除算、平方根
  • FMAC(単精度版と倍精度版):
    • 積和、積差、否定積和、否定積差
  • 型変換
  • スカラおよびベクタのロード/ストア(サイクルあたり64ビット)

VFP10の利点

ARM VFP10-Sのベクタ処理機能は、自動車のパワー トレインやボディ制御アプリケーションのほか、イメージング アプリケーション(印刷におけるスケーリング、変換、フォント生成、グラフィックスにおける3D変換、FFT、フィルタリングなど)の浮動小数点演算性能を高めます。インターネット機器、セットトップ ボックス、ホーム ゲートウェイに代表される次世代コンシューマ製品は、ARM VFP10によって大きな恩恵を受けることができます。

この浮動小数点演算機能のダイナミック レンジと精度によって本質的な恩恵を受けることができるアプリケーションは数多く存在します。 長年、浮動小数点ベースの多くのアプリケーションがエンベデッド アプリケーションへと移行しています。VFP10を組み込むことによって、MatLab、MATRIxxといった技術計算ツールを使用でき、エンベデッド アプリケーションへの移行を簡素化することができます。

VFP10のアプリケーション

  • 自動車制御アプリケーション
    • パワー トレイン
    • ABS
    • トラクション制御、アクティブ サスペンション
  • デジタル コンシューマ製品
    • セットトップ ボックス、ゲーム コンソール
  • 3Dグラフィックス
    • FFTおよびFIRフィルタリング
  • イメージング
    • レーザー プリンタ、デジタル スチル カメラ、デジタル ビデオ カメラ
  • 産業用制御システム
    • 動作制御

ARM VFP10によって実現される浮動小数点のダイナミック レンジと精度は、産業分野や自動車分野のさまざまなリアルタイム制御アプリケーションで大きな効果を発揮します。自動車のパワー トレイン、アンチロック ブレーキ、トラクション制御、アクティブ サスペンション システムはいずれも、本質的に精度と予測可能性が求められる極めて重要なアプリケーションです。VFP9-SをSoC設計に組み込むことにより、開発期間を短縮し、性能に対する信頼性を高めることが可能です。 技術計算ツール(MatLab、MATRIxxなど)を使用してシステムを直接モデリングし、アプリケーション コードを導き出すことができます。システム設計の動作の精度、信頼性、予測性が向上するため、開発期間を短縮し、性能に対する信頼性を高めることが可能です。   


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