定点除法器与向量ALU移位器设计
发布时间：2021-02-06 01:25
随着通信技术的发展,3G移动通信技术已经大规模普及应用,4G移动通信技术的研究也正在进行。通信技术的发展,对DSP的性能也提出了更高的挑战和要求。一方面,要求DSP有更高的数据吞吐量。另一方面,由于移动设备的特性,对于功耗有所制约。采用标量和向量运算单元相结合的结构是一个很好的解决方法。其中,管理和控制类计算由标量运算单元来处理。向量运算单元,完成对大规模并行数据处理。在向量运算单元中,算术逻辑运算单元（ALU）和移位器（Shifter）是重要的运算部件。采用单指令多数据（SIMD）处理结构,运算单元能够显著提高数据处理吞吐量。在标量运算单元中,定点除法器可以显著减小定点除法的执行时间。本文分析了现有支持LTE的几款典型DSP结构及相关算法需求,分别提出了能有效支持LTE算法及图像处理算法需求的SIMD定点ALU、SIMD移位器、定点除法器算法和结构。SIMD定点ALU支持四种SIMD模式:一个40位定点ALU运算、一个32位定点ALU运算、两个16位定点ALU运算、四个8位定点ALU运算。该ALU以8位定点ALU为基本单元,通过进位控制来组成40位SIMD定点ALU。SIMD移位器也...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
模拟系统的组成
源代码的关键位增加断点，记录该位置是否存在特殊结构，然后用验证平台来对这些分解的代码进行模拟，得到覆盖率信息。代码覆盖率分析结果表明，SIMD定点 ALU，SIMD 移位器与定点除法器顶层模块以及各个小模块的代码覆盖率（包括语句覆盖率、分支覆盖率、条件覆盖率、表达式覆盖率、翻转覆盖率）都在 95%以上。本文利用 ModelSim 仿真器对所设计的 SIMD 定点 ALU，SIMD 移位器和定点除法器的指令逐条验证，验证结果如下：a) SIMD 定点 ALU 单元验证结果在定点 ALU 指令中，对所有的指令进行一一验证。所选取的特殊操作数参见 5.2.2 节。这里以加法指令的非饱和操作为例给出验证结果。非饱和加法指令特殊操作数验证的部分验证结果如图 5.3 所示。源操作数 1 为最大数。源操作数2 为最小数。验证的指令结果依次为：有符号 4 个 8 位相加、无符号 4 个 8 位相加、有符号 2 个 16 位相加、无符号 2 个 16 位相加、有符号 32 位相加、无符号32 位相加、有符号 40 位相加、无符号 40 位相加。这些结果均为非饱和操作的结果。通过与计算的结果比较，这些指令执行完全正确。
图 5.4 非饱和定点加法指令随机操作数验证结果通过特殊操作数验证结果和随机操作数验证结果表明，非饱和定点加法指令执行完全正确。而 SIMD 定点 ALU 单元的其他各条指令经过一一验证也表明，指令执行完全正确。最终验证结果表明，ALU 指令执行完全正确，SIMD 定点ALU 单元功能设计完全正确。b) SIMD 移位单元验证结果在移位指令中，对所有的指令进行一一验证。所选取的特殊操作数参见 5.2.3节。这里以逻辑右移指令为例给出验证结果。逻辑右移指令特殊操作数验证的部分验证结果如图 5.5 所示。源操作数为最大的数。移位数量分别选取 0 以及最大的移位数量。结果依次为：4 个 8 位逻辑右移 0 位、4 个 8 位逻辑右移 7 位、2个 16 位逻辑右移 0 位、2 个 16 位逻辑右移 15 位、32 位逻辑右移 0 位、32 位逻辑右移 31 位、40 位逻辑右移 0 位、40 位逻辑右移 39 位。通过与计算的结果比较，该指令执行完全正确。
【参考文献】：
期刊论文
[1]算术逻辑运算单元的设计与仿真[J]. 方卓红,曲英杰. 科技信息. 2009(33)
[2]高速桶式移位器的设计研究[J]. 宣传忠,周林杰,贾嵩. 微电子学与计算机. 2007(01)
[3]除法运算在定点DSP中的实现[J]. 丁电宽,万毅. 安阳师范学院学报. 2006(02)
[4]部分译码方式桶式移位器及其VHDL实现[J]. 胡剑,沈绪榜. 微电子学与计算机. 2003(02)
[5]一种可配置的桶式移位器的设计[J]. 许琪,王健,沈绪榜. 计算机研究与发展. 2002(10)
[6]专用集成电路的设计验证方法及一种实际的通用微处理器设计的多级验证体系[J]. 杨文华,罗晓沛. 计算机研究与发展. 1999(06)
本文编号：3019914
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
模拟系统的组成
源代码的关键位增加断点，记录该位置是否存在特殊结构，然后用验证平台来对这些分解的代码进行模拟，得到覆盖率信息。代码覆盖率分析结果表明，SIMD定点 ALU，SIMD 移位器与定点除法器顶层模块以及各个小模块的代码覆盖率（包括语句覆盖率、分支覆盖率、条件覆盖率、表达式覆盖率、翻转覆盖率）都在 95%以上。本文利用 ModelSim 仿真器对所设计的 SIMD 定点 ALU，SIMD 移位器和定点除法器的指令逐条验证，验证结果如下：a) SIMD 定点 ALU 单元验证结果在定点 ALU 指令中，对所有的指令进行一一验证。所选取的特殊操作数参见 5.2.2 节。这里以加法指令的非饱和操作为例给出验证结果。非饱和加法指令特殊操作数验证的部分验证结果如图 5.3 所示。源操作数 1 为最大数。源操作数2 为最小数。验证的指令结果依次为：有符号 4 个 8 位相加、无符号 4 个 8 位相加、有符号 2 个 16 位相加、无符号 2 个 16 位相加、有符号 32 位相加、无符号32 位相加、有符号 40 位相加、无符号 40 位相加。这些结果均为非饱和操作的结果。通过与计算的结果比较，这些指令执行完全正确。
图 5.4 非饱和定点加法指令随机操作数验证结果通过特殊操作数验证结果和随机操作数验证结果表明，非饱和定点加法指令执行完全正确。而 SIMD 定点 ALU 单元的其他各条指令经过一一验证也表明，指令执行完全正确。最终验证结果表明，ALU 指令执行完全正确，SIMD 定点ALU 单元功能设计完全正确。b) SIMD 移位单元验证结果在移位指令中，对所有的指令进行一一验证。所选取的特殊操作数参见 5.2.3节。这里以逻辑右移指令为例给出验证结果。逻辑右移指令特殊操作数验证的部分验证结果如图 5.5 所示。源操作数为最大的数。移位数量分别选取 0 以及最大的移位数量。结果依次为：4 个 8 位逻辑右移 0 位、4 个 8 位逻辑右移 7 位、2个 16 位逻辑右移 0 位、2 个 16 位逻辑右移 15 位、32 位逻辑右移 0 位、32 位逻辑右移 31 位、40 位逻辑右移 0 位、40 位逻辑右移 39 位。通过与计算的结果比较，该指令执行完全正确。
【参考文献】：
期刊论文
[1]算术逻辑运算单元的设计与仿真[J]. 方卓红,曲英杰. 科技信息. 2009(33)
[2]高速桶式移位器的设计研究[J]. 宣传忠,周林杰,贾嵩. 微电子学与计算机. 2007(01)
[3]除法运算在定点DSP中的实现[J]. 丁电宽,万毅. 安阳师范学院学报. 2006(02)
[4]部分译码方式桶式移位器及其VHDL实现[J]. 胡剑,沈绪榜. 微电子学与计算机. 2003(02)
[5]一种可配置的桶式移位器的设计[J]. 许琪,王健,沈绪榜. 计算机研究与发展. 2002(10)
[6]专用集成电路的设计验证方法及一种实际的通用微处理器设计的多级验证体系[J]. 杨文华,罗晓沛. 计算机研究与发展. 1999(06)
本文编号：3019914
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