數(shù)字信號(hào)處理芯片中的高性能算術(shù)邏輯單元設(shè)計(jì).pdf

1、隨著集成電路設(shè)計(jì)的進(jìn)步、制造技術(shù)的發(fā)展和軟件開發(fā)手段的日益成熟,數(shù)字信號(hào)處理器在通信、多媒體、信息家電等領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。然而,應(yīng)用的飛速發(fā)展也帶來了計(jì)算復(fù)雜度的提高,對(duì)數(shù)字信號(hào)處理器的性能帶來了挑戰(zhàn)。本文旨在設(shè)計(jì)高性能的算術(shù)邏輯單元,以滿足應(yīng)用對(duì)數(shù)字信號(hào)處理器處理能力的更高要求。本文首先完成了對(duì)當(dāng)代數(shù)字信號(hào)處理器的各種電路結(jié)構(gòu)的研究,并重點(diǎn)分析了單指令多數(shù)據(jù)流(SIMD)結(jié)構(gòu)?；谠摻Y(jié)構(gòu)本文主要完成了以下工作:(1)從傳統(tǒng)算術(shù)

2、邏輯模塊的架構(gòu)出發(fā),通過研究算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的異同,提出了一種基于真值表的多功能邏輯單元實(shí)現(xiàn)方法。同時(shí)提出了一種與SIMD指令集的特點(diǎn)相適應(yīng)的基于進(jìn)位選擇加法器的亞字并行進(jìn)位鏈電路。綜合以上兩部分設(shè)計(jì),本文完成了一款32位定點(diǎn)高性能數(shù)字信號(hào)處理器的算術(shù)邏輯單元,并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)指令集的功能驗(yàn)證。為了進(jìn)一步進(jìn)行性能優(yōu)化,本文還使用超前進(jìn)位鏈(Carry Look-ahead Chain)對(duì)該算術(shù)邏輯單元進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化后的時(shí)序達(dá)到了運(yùn)行在

3、500MHz時(shí)鐘頻率下的效果,面積和功耗也較優(yōu)化前有所改善。之后探討了基于定制單元的電路設(shè)計(jì)方法,并對(duì)設(shè)計(jì)的物理實(shí)現(xiàn)效果進(jìn)行了研究。(2)研究了基于ROM邏輯電路結(jié)構(gòu)和特性,同時(shí)參照基于ROM邏輯電路的設(shè)計(jì)方法,本文對(duì)全加器單元模塊進(jìn)行了網(wǎng)表級(jí)的設(shè)計(jì),然后對(duì)ROM模塊進(jìn)行了化簡,探索出一種對(duì)ROM塊進(jìn)行化簡和衡量復(fù)雜度的方法。根據(jù)該方法,文中對(duì)2位和4位的進(jìn)位選擇加法器(CSA)單元進(jìn)行了基于ROM模塊的網(wǎng)表級(jí)設(shè)計(jì),并指出了ROM優(yōu)化的