“银河飞腾”DSP的ALU单元全定制设计优化

发布时间：2020-06-27 13:53

【摘要】： 运算部件作为数据通路的重要组成部分,是数字信号处理器的核心,对芯片的性能、面积和功耗都有很重要的影响。本文的主要目的就是探讨如何对运算部件进行优化设计。 在“银河飞腾”DSP芯片中,针对ALU运算单元的定点和浮点指令的运算过程,提出以下优化方案,对其第一站的一个41位加法器、第二站的一个56位移位器和第三站的一个56位移位器采用全定制方法设计。 在41位加法器设计中,研究了各种快速加法器的算法,采用速度最快的K-S算法进行全定制逻辑设计和版图设计。对版图提取寄生参数网表通过SPICE模拟结果表明,典型条件下,关键路径延迟0.955ns,面积12280μm~2。 在56位桶形移位器设计中,在比较了各种译码移位方式之后,采用了速度较快,传输较稳定的2级3-8混合译码的结构。采用单传输管作为移位阵列,无源阵列大幅度节省了功耗。对版图提取寄生参数网表通过SPICE模拟结果表明,典型条件下,关键路径延迟(译码到数据输出)0.734ns,面积8152μm~2。 本文还针对两个全定制设计模块提出完整的流片测试方案,采用扫描测试的方法借助FPGA-PCB板,使用最小的硬件成本进行功能和性能上的测试。此外还对全定制模块建立视图,嵌入到ALU运算单元中进行综合并且进行物理设计。采用了全定制模块设计在三个流水站上的时序都有0.3ns左右的提高,很好地达到了优化目的。设计过程表明,采用全定制和半定制相结合的设计比单纯的半定制设计在时序、面积和功耗上都有明显的改进。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TP368.1
【图文】：

国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文数据通路是处理器的核心，进行所有的计算，处理器中其它存储器控制器等都是对它的支持。YHFT一DSP的CPU数据通路有两条，如图2一2所示

设计工作量的差别。分别搭建两种方案的整体电路结构，通过Hspiee模拟，并且初步对晶体管尺寸改进。发现逻辑上纯粹K-S树结构要快大约40Ps。选择加法器的结构如图3一5所示。333333333333333332位K一S树树树15位K一S树树 树11位K一S树树树11位K一S树树 1115位K一S树树树 加法器 器器 加法器 器 器 加法器 器器 加法器 器 加 加法器 器器器器器器器器器器器器器器器 器器器器器器器器器器器器器器 111111111111111115组2选l开关 关关11组2选1开关 关中间巧位高11位图3一5基于K-S树的选择加法器为了达到最快的速度，这里的41位加法器采用纯K-S树作

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本文编号：2731899