随着工业过程控制对速度、温度、频率和电压等实际数据运算精度要求的提高,浮点运算的应用也越为广泛。本课题利用FPGA对PLC执行浮点运算和数据存储进行研究,提出了一种多操作数四则混合运算指令执行机制思路,并针对这种执行机制,设计了多浮点操作数四则混合运算指令序列及运算执行控制器,能够实现浮点操作数的传送存储及单/双精度的浮点运算。课题研究主要取得了以下成果:(1)完成了浮点操作数四则混合运算指令的设计,根据运算需求将运算指令设计为32位,指令格式划分为运算操作码、操作数个数、数据来源方式、舍入模式和单/双精度5项内容。并根据操作数传送需求,设计了32位运算操作数传输指令,指令中包含了寻址类型、操作数个数、是否用于运算和寻址地址等信息。(2)提出了一种基于FPGA的多操作数四则混合运算执行机制思路。根据对浮点操作数运算过程、操作数存储和传送过程的控制需求,设计了运算执行控制器的整体结构,分为运算操作数存储控制器和算术运算控制器两个部分。在运算操作数传输指令作用下,运算操作数存储控制器完成浮点运算操作数的存储和传送,而算术运算控制器在运算指令作用下完成运算任务。(3)完成了运算操作数存储控制器的内部结构设计,分为指令缓存、主控、存储器和寄存器堆四个模块。该控制器在接收到FPGA总控制器发出的操作数传输指令后,可组织浮点运算操作数,并将数据传送至与算术运算控制器的数据通道,供其取出参与运算。(4)完成了浮点算术运算控制器的内部模块构建,分为调配控制、浮点运算、数据分配、累加器、队列和结果标志寄存器六个模块。该控制器接收到运算指令后,可以自主完成不同模式下的加、减、乘、除四种运算功能,运算结束后,结果可由算术运算控制器或运算操作数存储控制器写到系统数据总线上,再由FPGA总控制器读取。(5)利用Altera公司的Quartus II 11.0编程软件设计了运算执行控制器,在Cyclone IV EP4CE115F23I7N芯片上对运算执行控制器内的运算操作数存储控制器进行了验证,设计并说明了串口验证方案,对运算执行控制器及内部模块进行了仿真验证,由时序仿真和板级验证可知,运算执行控制器能够实现其功能。