多核处理器高性能ALU单元设计研究

发布时间：2020-06-08 15:42

【摘要】： 算术逻辑部件(ALU)作为微处理器中最重要和最常用的运算部件之一,它的速度和功耗对整个微处理器性能具有重要的影响。本文深入研究了ALU的结构和核心加法器原理,根据网络处理器中微处理器的特点,实现了一种应用于微引擎的32位ALU部件。该ALU支持32位微引擎的所有逻辑运算和算术运算指令。通过采用全定制设计方法,在算法、电路、版图等各个层次分别进行设计优化,使ALU的性能得到提升。 通过对现有ALU结构和加法器原理进行分析研究,在普通并行前缀加法器基础上进行改进,采用不等位分组实现进位的方法,即在组内采用并行前缀进位、组外采用串行进位的方法实现加法器进位。 为了降低电路的晶体管数量,减小芯片面积,采用传输管逻辑作为ALU的电路实现方式,并通过理论计算和Spice仿真两种方式对关键路径的参数进行优化。用Hspice在频率为500MHz,电源电压为2.5V的条件下进行仿真,延时为0.84ns,平均功耗为40mw,晶体管数量为5008。 在0.25μm工艺的典型条件下,借助Calibre完成ALU全定制版图物理检查及寄生参数提取。用Hspice仿真所实现版图的关键路径延时为1.1ns,平均功耗为48mw,版图面积为0.054mm2。
【图文】：

U 的整体结构，并从算法、电路结构与参数分别完成 辑运算操作、移位器的设计，最后给出 ALU 电路的逻仿真结果。3.1 ALU 在 ME 中的位置与功能构与功能)是本次课题所设计的网络处理器中 6 个 32 位同构多核用结构的处理器，与通常意义上的微处理器特性有所 指令集，主要处理网络通信入口和出口的协议处理任来自物理层硬件的包入口处理、校验和验证、包头处缓存、表查找和转发、包头修改、校验和计算、对物。其主要结构如图 3.1 所示[40]。

同时，根据指令结果更新所有的 ALU 条件代码，此条件线程切换时丢失。lu[dest_reg, A_operand, alu_op, B_operand]F：本指令带有一个或两个操作数，执行运算操作，将结果写B 操作数先是移位或者循环，然后才执行运算指令。他根据指的 ALU 条件代码。本操作不允许间接循环。但是，可以通过复制到相对 BANK 的寄存器里，然后再执行 DBL_SHF 指令以lu_shf[dest_reg, A_operand, alu_op, B_operand, B_op_shf_cntl]F：将 A 操作数和 B 操作数连接起来，右移指定位数，然后取的寄存器中。bl_shf[dest_reg, A_operand, B_operand, A_op_shf_cntl]LU、ALU_SHF、DBL_SHF 是运算指令的名称。g 表示一个存放结果的通用寄存器或传输寄存器，可以用符号回；A_operand 和 B_operand 表示存放操作数的通用寄存器或者
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP332

【引证文献】

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1 张开基;多核SoC中多线程包处理单元异步存储访问技术研究[D];西安电子科技大学;2011年

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本文编号：2703295