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【6h】

一种32位浮点DSP中的ALU设计

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文摘

英文文摘

原创性声明和本论文使用授权说明

第一章前言

1.1.数字信号处理器(DSP)概述

1.1.1数字信号处理的概述

1.1.2 DSP芯片的结构与功能概述

1.2课题研究背景及意义

1.2.1课题研究背景

1.2.2课题研究意义

1.2.3本人所从事的工作

1.3本论文的内容安排

第二章ALU的系统级设计

2.1.数据格式

2.1.1 DSP芯片的数据格式

2.1.2 ALU的数据格式

2.1.3 IEEE浮点格式和DSP芯片中浮点格式的转换

2.2 ALU所实现的指令集合

2.2.1 DSP的指令集

2.2.2 DSP的条件码及其判别

2.2.3 ALU的系统功能

2.2 ALU的硬件体系

第三章、ALU的数据路径的RTL设计

3.1操作数运算的实现算法

3.1.1浮点数的加减法算法

3.1.2 NORM指令的运算算法

3.1.3 RND指令的运算算法

3.1.4 FIX指令的运算算法

3.1.5 FLOAT指令的运算算法

3.1.6整数的运算算法

3.1.7逻辑运算算法

3.1.8移位运算算法

3.2 ALU的数据路径的设计

3.2.1、操作数一缓冲寄存器MDBUFJ

3.2.2、操作数二缓冲寄存器MDIBUF

3.2.3、右移数据选择单元MRSFDI

3.2.4、右移次数控制信号选择单元MSFDC

3.2.5、右移译码器MDECDER

3.2.6、右移网络RSHFER

3.2.7、逻辑运算部件MLOGCOP

3.2.8、算术运算准备部件MMATHOP

3.2.9、算术运算部件MADDER

3.2.10、浮点运算规格化控制部件MADDERC

3.2.11、左移译码部件MLSFDEC

3.2.12、左移数时间选通部件MLSHFD

3.2.13、左移矩阵LSHFER

3.2.14、规格化修改阶码编码器MZZQ

3.2.15、结果输出部件MALUDO

3.2.16、选择阶码部件SLAT16

3.2.17、计算阶差ADD9BIT

3.2.18、选择大的阶码LAT8

3.2.19、判‘0’

3.2.20、对阶右移编码SUMFAN

3.2.21、运算结果的最终形成

第四章ALU控制逻辑的设计

4.1微指令的设计

4.2 ALU的控制模块的逻辑设计

4.2.1源操作数的阶码和尾数的选择信号

4.2.2 MSFD需要的总线数据选择信号C1C和C2C及移位次数输出CODEX[6:0]的选择信号

4.2.3右移译码电路MDECDER及右移网络RSHFER所需信号

4.2.4逻辑运算所需要的控制信号

4.2.5算术运算所需控制信号

4.2.6溢出等条件的建立

4.2.7置ALU状态标志信号的产生

4.2.8 WIN信号的产生

4.2.9运算结果的最终形成的控制信号

第五章加法器电路的电路级设计

6.1加法器的进位链设计

6.2加法器的晶体管设计

6.2.1静态电路和动态电路

6.2.2传输门电路和CPL电路

6.2.3全加器电路

第六章结束语

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢

附录A

附录B

附录C

说明

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摘要

本论文主要进行了一种40/32位扩展精度、高速高性能的浮点数/整数ALU的设计研究工作,它主要应用于数字信号处理器(DSP)芯片中.文章从DSP芯片的指令集、数据格式、浮点运算入手,确定出进入ALU中总线的数据格式和所要完成的指令;同时依据芯片对ALU的功能和性能要求,从三个层次进行了ALU的设计:一是系统级上ALU硬件体系/硬件算法的确定,二是RTL数据路径和控制单元的设计,三是构成ALU关键路径的加法器的电路级设计.在系统级设计中,确定ALU所采用的数据格式,并给出此种数据格式和IEEE754相互转换的方法;同时根据DSP芯片的指令集,确定ALU部件所要实现的由84条指令所构成的指令集合;并依据DSP的指令码的特点确定出ALU的硬件体系.在寄存器传输级(RTL)设计中,首先将84条指令的实现方式分成八类基本的硬件算法,之后将上述的八类硬件算法进行合成和归纳,并在此基础上较为详细的给出整块ALU的数据路径和控制单元中各个功能模块的设计,这个过程涉及指令划分和资源共享;并在此基础上给出较为详细的验证结果.在电路级设计中具体考虑全加器晶体管级的设计,34位加法器进位链电路设计等.通过将本设计用到的关键电路与以往其他设计用到的相关电路进行Hspice仿真,在面积、时延、功耗等方面进行比较,得出用曼彻斯特进位和旁路进位相结合加法器(CPA),能很好地实现高速高性能34位加法器的加法.

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