全定制高性能的算术逻辑运算单元的研究设计

发布时间：2020-09-30 01:22

　　 从理论和实践上对一个40位的高性能算术逻辑部件(ALU)进行了全定制设计。首先研究了高性能ALU的设计方法,对多种加法器进行了性能比较,在超前加法器中提出了先行进位理论与并行进位理论的算法,此方向重在理论研究;接着在上述理论支持下,完整的设计了一款40位X-DSP处理器的ALU,重在实践应用。整个设计思路从部件算法、逻辑结构、功能仿真验证、电路版图设计等多个层次进行了优化设计。论文的研究成果包括以下几点: 1.理论上通过性能、速度、面积等的对比设计了一款高性能的40位ALU(其中加法器以Kogge-stone树为结构构造)。 2.实践应用中用“内超外串”法(组内超前进位,组间串行进位)设计了40位X-DSP处理器的ALU。同时在为了提高ALU的运算速度,在此加法链之外,另行设计了一条低16位超前进位加法链,采用了跳跃进位的设计思想。 3.为了提高ALU的运算速度和资源利用,设计了一个C16位,用以在一个时钟周期内完成两个16位的加法运算或完成一个40位的加法运算。 4.综合设计面积对运算性能的重要性,为了减少设计面积,将逻辑运算与算术运算综合在一个逻辑单元中完成,使用一个C位设计来完成逻辑运算与算术运算的转换。 5.功能仿真阶段,为了设计过程的准确性,提出了局部功能仿真和整体功能仿真的设计思路。 6.版图设计阶段,简要讲述了电路版图规划和全局版图设计。
【学位单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TP332
【部分图文】：

率高达7G无殆。由于采用了最先进的90nm工艺，双电源电压技术，独特的逻辑和电路结构等，该部件达到了非常高的性能【’4}。图1一1表示了算术逻辑部件在性能方面的发展。图中纵坐标为部件的运行频率，单位为G乃肠。然而，国内对于高性能算术逻辑部件的研究还不是很多，研究水平也不高。采用全定制对算术逻辑部件进行专门设计的单位较少，大多数设计都是采用半定制的方法，因此性能较低，频率一般只能达到100几办Iz一200几任Iz。

在线性选择进位加法器 (CsLcarrysefectcarry)[20l中，两个加法并行执行，一个假设进位为1，另一个进位假设为O。当最终得到进位时选择正确结果。进位选择加法器的时间复杂度是。而，面积复杂度是O(n)，图2一4给出了一个组内使用位数不同的行行波型进位加法器结构，合理的分组可以降低整个选择进位加法器的运算时间。一个完整的进位选择加法器就可以通过如进位旁路那样的方法通过链接许多相等长度的加法器级来构成，通过观察下图的电路结构，就可以推导出这一模块最坏情形下传播延时。O八

本文编号：2830539