【新】Fixed-Point Arithmetic: An Introduction

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Contents
1 Introduction 3
2 Fixed-Point Binary Representations 3
" ?* s8 k. k6 d# H. W3 C2.1 Unsigned Fixed-Point Rationals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
" N. C1 D& B) f' u' X) e3 The Operations of One’s Complement and Two’s Complement 5
4 Signed Two’s Complement Fixed-Point Rationals 5
5 Fundamental Rules of Fixed-Point Arithmetic 6
+ S- P& a+ }7 G; s7 U1 |4 M5.1 Unsigned Wordlength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5.2 Signed Wordlength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
) {) h% O: |/ `7 {6 A0 t5.3 Unsigned Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5.4 Signed Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5 m  I: L% S$ H& ?; f5.5 Addition Operands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
6 I& z# \$ J( D5 Z" ]) |5.6 Addition Result . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
( Z4 y0 n( P' A+ O5.7 Unsigned Multiplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
; t$ A/ J8 G0 W9 a; X  f4 ?" u# e5.8 Signed Multiplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
$ `3 B/ }2 f) w9 Z. m/ U& Z2 O5.9 Unsigned Division . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
4 o7 k9 k( m2 B5.10 Signed Division . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
/ A& f3 D3 P* @* O" f$ I  l5.11 Wordlength Reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
5.12 Shifting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
5.12.1 Literal Shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
  [4 H3 w* p2 b5.12.1.1 Multiplying/Dividing By A Power of Two . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
5.12.1.2 Modifying Scaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
5.12.2 Virtual Shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
" L/ I( |- c" z0 L; f6 J6 Dimensional Analysis in Fixed-Point Arithmetic 9
8 C' l0 T' E) i* _7 concepts of Finite Precision Math 10
7.1 Precision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1 T2 d  o3 o* H( W' g* W# k9 ~7.2 Resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
9 i  E8 j* V; Q2 @" D  N7.3 Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
7.4 Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
7.5 Dynamic Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
8 W  N5 k; R$ o. y% l6 F- J8 Fixed-Point Analysis—An Example 11
9 Acknowledgments 12
10 Terms and Abbreviations 13
" m5 y  X  r# i- p11 Revision History 13
% U6 V9 t3 `7 G' R, p# `! g12 References 13
List of Figures
! z% X  M6 v; O: ^# h3 a  A- RList of Tables
1 Revision History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4 j7 C, A3 S3 {/ o+ bDigital Signal Labs Public Information

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