支持SIMD模式的64位桶形移位器设计

发布时间：2020-07-10 21:56

【摘要】： 随着微电子集成电路技术与微处理器体系结构的快速发展,64位计算已成为当今微处理器发展的主流。移位器被集成在各类微处理器中,用来完成微处理器中要执行的各种移位指令和微操作。设计者通常根据移位器要实现的功能采用相应的结构和电路,一般单一功能移位器结构简单、容易实现,而要在一个移位器中实现多种移位操作,结构就相对复杂、实现难度大。本文描述了一种支持单指令多数据模式(SIMD,Single-Instruction Multi-Datamode)的64位多模式桶形移位器(64b-MMBS,64-bit Multi-Mode Barrel Shifter)设计,实现的功能包括SISD模式及SIMD模式下的算术、逻辑和循环移位,并产生零标识和溢出标识位。本文首先根据功能需求总结了四种结构:基于选择开关的数据反转桶形移位器、基于掩码的数据反转桶形移位器、基于掩码的补码桶形移位器及基于掩码的反码桶形移位器;然后采用半定制设计方法对这四种结构分别进行设计和分析。结果表明,基于掩码的数据反转桶形移位器在0.18μm工艺综合后的延迟(1.30ns)和布局布线后延迟(1.679ns)相对其它结构都是最优的。由于移位器是微处理器中的关键部件,所以针对基于掩码的数据反转桶形移位器采用全定制设计作深入优化,得出的电路级延迟为0.94ns,版图延迟为1.553ns。经MPW投片后测试结果正确,性能可达700M;最后,基于IP复用设计方面的考虑,将全定制设计的移位器进行IP化,主要包括时序和功耗建模、测试建模、物理建模以及功能建模。
【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】：TP332
【图文】：

原理图,主要设计,方法,设计方法

从VLSI时代迈进了ULSI时代。深亚微米工艺所带来问题的同时，也使得设计方法产生了重大的变革[51[61[刀[3]。在EDA工具技术推广普及的条件下，目前流行的主要设计方法为3种类型，如图1.1所示。图1.1目前流行的主要设计方法(l)基于时序驱动的设计方法基于时序驱动的设计方法，无论是HDL描述还是原理图设计，特征都在于以时延优化为目标的着眼于门级电路结构设计用全新的电路来实现系统功能，这种方法主要适用于完成规模较小数字系统集成的设计。对于规模较大的系统级电路，第3页

移位指令,难点,百分比,移位器

移位器的原因是在满足性能要求的情况下尽量提高它的功能可配置性。移位器是数据通路中的关键模块。对于各种处理器，移位指令都占有相当的比例，如图1.3用测试程序SPECint95对NnPS一 nISA做的模拟结果，结果表明有5.9%的指令为移位指令〔’6]。鉴于此，提高移位器的性能对整个处理器的性能具有相当重要的意义。斗峨l侧灿汰脂万m翻软蜘 mjp勺卯鲜代的麟。叹能”O柳咙眼响图 1.3移位指令所占百分比本文的创新与难点主要表现在:1.在前人设计的基础上，改进了4种可以工作在不同模式下移位器的结构，这些结构都可以实现多模式的多移位操作，包括循环移位、逻辑移位以及算术移位，并产生一些结果符号位(如零标识位和溢出标识位)。2.用电路的形式实现这四种结构。本文中，先用半定制设计方法分析对比各个结构的性能，后用全定制设计方法对性能最好的结构作深入优化。半定制设计过程中

示意图,并行移位,示意图,左移

(a)4个操作数并行左移伯)2个操作数并行左移图2.1并行移位示意图表2.1为b=3的16位移位的各种操作的真值表，图2.1为并行逻辑左移示意图。零标识位为1即所有移位输出为全O。当实现算术左移操作时，移出的任何一位与符号位不同，则表示溢出，且ove闭ow等于1;对于其它移位操作不产生溢出第9页

【共引文献】