發(fā)布時(shí)間：2017-11-19 01:02

  本文關(guān)鍵詞：一款高性能64位DSP中SIMD結(jié)構(gòu)FMAC的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

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【摘要】：X-DSP是我校自主研制的面向密集型數(shù)據(jù)計(jì)算的64位高性能通用DSP,采用11發(fā)射的超長指令字結(jié)構(gòu)。該DSP內(nèi)核設(shè)有浮點(diǎn)乘加(FMAC)部件,X-DSP的FMAC部件功能強(qiáng)大,其性能指標(biāo)直接決定X-DSP的峰值性能,如何設(shè)計(jì)出功耗低、面積小、性能高的FMAC部件是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工作。本文圍繞FMAC的優(yōu)化設(shè)計(jì)和功能驗(yàn)證展開,主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)根據(jù)算法和性能需求設(shè)計(jì)了通路分離FMAC部件總體結(jié)構(gòu)該部件能夠支持64位雙精度浮點(diǎn)操作和32位SIMD(Single Instruction Multiple Data)單精度浮點(diǎn)操作,實(shí)現(xiàn)了乘法、加法、融合乘加、點(diǎn)積和復(fù)數(shù)乘法共12條指令。在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)功能需求提出三種FMAC結(jié)構(gòu)(非融合乘加FMAC結(jié)構(gòu)、非分離融合乘加FMAC結(jié)構(gòu)、通路分離FMAC結(jié)構(gòu)),并進(jìn)行了全面的性能和代價(jià)分析,其中非融合乘加FMAC結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)雙精度乘加操作時(shí)延時(shí)較大;非分離融合乘加FMAC結(jié)構(gòu)采用單、雙精度數(shù)據(jù)通路復(fù)用設(shè)計(jì),導(dǎo)致點(diǎn)積和復(fù)數(shù)乘法的算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、計(jì)算延時(shí)長、硬件開銷大。本文針對(duì)以上兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)設(shè)計(jì)了通路分離FMAC總體結(jié)構(gòu)。(2)通路分離結(jié)構(gòu)FMAC部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)與指令的數(shù)據(jù)通路復(fù)用設(shè)計(jì)首先,提出單、雙精度通路分離的FMAC部件結(jié)構(gòu),優(yōu)化關(guān)鍵路徑延時(shí)和減小面積開銷,其中雙精度通路采用融合乘加(A*B+C)策略,將對(duì)階移位后的操作數(shù)C作為部分積融合到尾數(shù)乘法部分積壓縮陣列中,縮短雙精度乘加尾數(shù)計(jì)算延時(shí);單精度通路通過簡化點(diǎn)積和復(fù)數(shù)乘法操作的算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度以減小面積和優(yōu)化時(shí)序。其次,優(yōu)化乘法器結(jié)構(gòu),采用4個(gè)32*32乘法器來實(shí)現(xiàn)雙精度和SIMD單精度乘法、融合乘加、點(diǎn)積和復(fù)數(shù)乘法中的尾數(shù)乘法,復(fù)用單、雙精度通路實(shí)現(xiàn)復(fù)數(shù)乘法中的實(shí)部運(yùn)算和虛部運(yùn)算。最后,在通路分離FMAC結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,復(fù)用尾數(shù)對(duì)階、尾數(shù)加法和規(guī)格化等邏輯,實(shí)現(xiàn)了5周期雙精度浮點(diǎn)加法和SIMD單精度浮點(diǎn)加法。(3)FMAC部件的功能驗(yàn)證根據(jù)FMAC實(shí)現(xiàn)的12條指令,為每條指令編寫了擁有4種rounding-mode(舍入模式)的C語言仿硬件執(zhí)行的Golden Model,用于功能驗(yàn)證中的結(jié)果比對(duì)以及作為形式化驗(yàn)證中的參考模型。通過模擬驗(yàn)證和形式化驗(yàn)證等方法,從模塊級(jí)和系統(tǒng)級(jí)對(duì)FMAC進(jìn)行了功能驗(yàn)證,最后對(duì)FMAC部件進(jìn)行了覆蓋率分析。
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP332.2
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本文編號(hào)：1201742