基于PowerPC体系结构的乘法器设计与验证

发布时间：2017-04-08 21:07

  本文关键词：基于PowerPC体系结构的乘法器设计与验证，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文研究的是基于PowerPC体系结构的X型微处理器整数单元中的乘法器部分。之所以选择PowerPC体系结构主要源于其结构本身的灵活性。这种灵活体系结构不但可以提供更多价格和性能组合,并同时保持软件兼容性,还可以使后来的处理器更好地利用技术发展。Power PC体系机构是可扩充的,它同时包括32位和64位实现的规范,以保证当前的32位PowerPC处理器和下一代64位处理器之间的软件兼容。X型微处理器是一款超标量微处理器,有着用于装载指令和数据的32Kb、8路径组关联、物理寻址的高速缓存,并有独立的指令、数据内存管理单元;有着32位地址总线和64数据总线,对支持内存访问和内存映射的I/O操作,提供单拍和突发数据的传输;并且可以由软件进行控制在4种节能模式中进行切换,采用了先进的CMOS工艺,与TTL器件全面兼容。对于处理器来说,运算单元是直接影响处理器性能高低的关键功能部件,而对于运算单元,乘法器又是其重要的组成部分。它是数字信号处理和逻辑运算的核心,提高乘法器的性能对整个微处理器都有着至关重要的意义,因此对乘法器的研究与设计是十分必要的。本文所研究的是32×32位的整数乘法器,采用的是改进的基为4的Booth编码,分5个周期实现,每个周期对8位乘数进行编码得到四个34位的部分积(最后一个周期只编码一位生成最高位的部分积)。通过Booth编码将部分积的数量减少了一半,大大的提升了运算速度。对于每个周期产生的四个34位部分积通过使用华莱士树压缩的方法,进行了4-2CSA和3-2CSA两次压缩,得到一个40位的操作数。然后将40位操作数的低8位数据由专用的寄存器储存,不再被返回相加。最后的加法运算得出的结果中高32位被保留在寄存器当中,等到下个时钟周期开始,通过反馈电路,输送到3-2CSA压缩器与下个周期的低32位数相加,如此经过4个周期,就会得到64位的结果,这样不但使得乘法器的运算加快,还节省了电路的面积。最终加法器采用的是超前进位加法器和选择进位加法器混合的形式,40位操作数按每4位划分为一个单元,又因为需要对高8位进行选择操作,所以需要12个子单元,这样可以充分利用两个加法器各自的优势来缩短运算时间。最后本文根据所设计出来的电路进行了模块级和系统级的验证,通过分析以及对比,所设计的电路实现了所有的功能,通过了前后仿验证。
【关键词】：PowerPC体系结构 32×32乘法器 Booth编码 华莱士树
【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】：2015
【分类号】：TP332.22
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 缩略语对照表11-14
• 第一章 绪论14-18
• 1.1 课题的研究背景14-15
• 1.2 应用和研究发展状况15-16
• 1.3 课题研究的内容与意义16-17
• 1.4 论文结构17-18
• 第二章X型微处理器简介18-26
• 2.1 X型微处理器体系结构18-21
• 2.2 X型处理器的指令流动21-22
• 2.3 X型处理器的流水线结构22-24
• 2.4 X型微处理器IU单元简介24-25
• 2.4.1 IU的功能部件的组成24
• 2.4.2 IU的指令集简介24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 乘法器的介绍26-44
• 3.1 乘法器的基本原理26-27
• 3.2 乘法器是算法27-31
• 3.2.1 Baugh-Wooley算法27-28
• 3.2.2 Booth算法28-31
• 3.3 乘法器的拓扑结构31-36
• 3.3.1 迭代乘法器31-32
• 3.3.2 阵列乘法器32-33
• 3.3.3 树形乘法器33-36
• 3.4 乘法器的求和结构36-42
• 3.4.1 一位加法36-37
• 3.4.2 串行进位加法器37
• 3.4.3 旁路进位加法器37-39
• 3.4.4 进位选择加法器39-41
• 3.4.5 超前进位加法器41-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 X型微处理器的乘法器44-60
• 4.1 乘法器电路结构44
• 4.2 改进的Booth编码设计44-46
• 4.3 Booth编码的电路实现46-48
• 4.4 部分积电路的实现48-50
• 4.5 Booth编码对-Y和-2Y的处理50-51
• 4.6 3-2CSA压缩器和 4-2CSA压缩器的内部结构51-52
• 4.7 4-2CSA压缩器和 3-2CSA压缩器的连接关系52-53
• 4.8 反馈电路的设计与实现53-55
• 4.9 最终加法器的电路设计55-58
• 4.10 IU乘法器设计小结58-60
• 第五章 电路的仿真与验证60-68
• 5.1 Booth编码单元验证60-61
• 5.2 3-2 压缩单元验证61
• 5.3 一位加法器单元验证61-62
• 5.4 乘加器RTL级验证62-64
• 5.5 系统级验证64-67
• 5.6 本章小结67-68
• 第六章 总结与提高68-70
• 参考文献70-72
• 致谢72-74
• 作者简介74-75

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 John C.Dovrak;任王之;;Inside Track[J];个人电脑;1995年03期

2 Tom R.Halfhill ,丽辛;令人不可思议的PowerPC速度[J];中文信息;1998年06期

3 ;275-266=4%——PowerPC 750系统性能提升[J];每周电脑报;1998年03期

4 买培培;苏涛;张晓曦;;基于PowerPC的控制器研究与设计[J];舰船电子对抗;2009年05期

5 张娟;蒋瑜;蹇柯;文立斌;;基于PowerPC 8247的嵌入式Linux系统开发[J];计算机系统应用;2009年12期

6 王树争;陈强;袁磊;;基于PowerPC的机载数据采集系统设计[J];计算机光盘软件与应用;2013年10期

7 ;64位PowerPC即将批量生产[J];航空计算技术;1994年02期

8 ;PowerPC动态[J];西安电子科技大学学报;1994年S1期

9 孙会君;;AS/400e服务器重整 升级只需换芯[J];每周电脑报;1999年06期

10 亦夫;G3与Mach5.0[J];电脑;1998年05期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 冯师军;李启虎;孙长瑜;;基于PowerPC的声信号处理系统的研究[A];2005年全国水声学学术会议论文集[C];2005年

2 初元萍;章红宇;赵京伟;叶梅;陶宁;朱科军;唐素秋;过雅南;;PowerPC对VME插件读出能力的评估[A];第11届全国计算机在现代科学技术领域应用学术会议论文集[C];2003年

3 叶梅;赵京伟;初元萍;陶宁;;嵌入式Linux系统在PowerPC上的实现[A];第11届全国计算机在现代科学技术领域应用学术会议论文集[C];2003年

4 王培元;杨卫东;杨志刚;王学秀;;基于PowerPC的FPGA协处理器的研究[A];冶金企业自动化、信息化与创新——全国冶金自动化信息网建网30周年论文集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 飞思卡尔半导体计算平台部业务开发经理 Nikolay Guenov;PowerPC-Linux OS为互连应用搭平台[N];中国电子报;2005年

2 秋燕;PowerPC进入移动通讯市场[N];电子资讯时报;2002年

3 ;新PowerPC芯片将出[N];计算机世界;2002年

4 李映;PowerPC在消费电子领域面临考验[N];中国电子报;2006年

5 张兵;PowerPC 7400芯片改变网络设备速度[N];中国计算机报;2002年

6 记者 于博/北京;飞思卡尔、意法强强联手 在32位PowerPC架构领域开展广泛合作[N];电子资讯时报;2006年

7 伊梅;Linux赶OS统一潮头[N];中国计算机报;2001年

8 唐川;苹果PowerPC G5 全球首款64位个人电脑[N];中国计算机报;2003年

9 ;IBM扩大PowerPC许可范围[N];计算机世界;2003年

10 ;Motorola发布新PowerPC芯片[N];计算机世界;2001年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王仕明;基于PowerPC的高速图像存储系统技术研究[D];中国科学院研究生院（光电技术研究所）;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 杨改赞;结构健康监测系统中基于PowerPC的高速处理系统设计[D];天津大学;2014年

2 肖佳楠;基于PowerPC的自适应信道分配无线AP的研究与实现[D];北京邮电大学;2013年

3 孙铭泽;基于PowerPC SoC架构的高层次仿真平台设计[D];天津大学;2014年

4 罗泽勇;一种基于PowerPC的嵌入式信号处理平台设计[D];西安电子科技大学;2011年

5 何忠林;基于PowerPC的图像处理系统设计与验证[D];电子科技大学;2011年

6 徐霄;基于PowerPC的AC-3解码器软硬件协同设计[D];电子科技大学;2014年

7 秦娟;基于PowerPC7410的通用嵌入式计算机的设计和实现[D];上海交通大学;2008年

8 单朋;PowerPC嵌入式系统模拟器实现与优化[D];广西工学院;2011年

9 刘振钧;构建基于PowerPC的嵌入式Linux通信平台[D];电子科技大学;2005年

10 熊明霞;基于PowerPC的SOPC平台构建[D];中国科学院研究生院（电子学研究所）;2007年

  本文关键词：基于PowerPC体系结构的乘法器设计与验证，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：293698