【摘要】： 隨著微電子集成電路技術(shù)與微處理器體系結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展,64位計算已成為當(dāng)今微處理器發(fā)展的主流。移位器被集成在各類微處理器中,用來完成微處理器中要執(zhí)行的各種移位指令和微操作。設(shè)計者通常根據(jù)移位器要實現(xiàn)的功能采用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和電路,一般單一功能移位器結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn),而要在一個移位器中實現(xiàn)多種移位操作,結(jié)構(gòu)就相對復(fù)雜、實現(xiàn)難度大。 本文描述了一種支持單指令多數(shù)據(jù)模式(SIMD,Single-Instruction Multi-Datamode)的64位多模式桶形移位器(64b-MMBS,64-bit Multi-Mode Barrel Shifter)設(shè)計,實現(xiàn)的功能包括SISD模式及SIMD模式下的算術(shù)、邏輯和循環(huán)移位,并產(chǎn)生零標(biāo)識和溢出標(biāo)識位。 本文首先根據(jù)功能需求總結(jié)了四種結(jié)構(gòu):基于選擇開關(guān)的數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)桶形移位器、基于掩碼的數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)桶形移位器、基于掩碼的補(bǔ)碼桶形移位器及基于掩碼的反碼桶形移位器;然后采用半定制設(shè)計方法對這四種結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行設(shè)計和分析。結(jié)果表明,基于掩碼的數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)桶形移位器在0.18μm工藝綜合后的延遲(1.30ns)和布局布線后延遲(1.679ns)相對其它結(jié)構(gòu)都是最優(yōu)的。由于移位器是微處理器中的關(guān)鍵部件,所以針對基于掩碼的數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)桶形移位器采用全定制設(shè)計作深入優(yōu)化,得出的電路級延遲為0.94ns,版圖延遲為1.553ns。經(jīng)MPW投片后測試結(jié)果正確,性能可達(dá)700M;最后,基于IP復(fù)用設(shè)計方面的考慮,將全定制設(shè)計的移位器進(jìn)行IP化,主要包括時序和功耗建模、測試建模、物理建模以及功能建模。
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TP332
【圖文】：

從VLSI時代邁進(jìn)了ULSI時代。深亞微米工藝所帶來問題的同時，也使得設(shè)計方法產(chǎn)生了重大的變革[51[61[刀[3]。在EDA工具技術(shù)推廣普及的條件下，目前流行的主要設(shè)計方法為3種類型，如圖1.1所示。圖1.1目前流行的主要設(shè)計方法(l)基于時序驅(qū)動的設(shè)計方法基于時序驅(qū)動的設(shè)計方法，無論是HDL描述還是原理圖設(shè)計，特征都在于以時延優(yōu)化為目標(biāo)的著眼于門級電路結(jié)構(gòu)設(shè)計用全新的電路來實現(xiàn)系統(tǒng)功能，這種方法主要適用于完成規(guī)模較小數(shù)字系統(tǒng)集成的設(shè)計。對于規(guī)模較大的系統(tǒng)級電路，第3頁

移位器的原因是在滿足性能要求的情況下盡量提高它的功能可配置性。移位器是數(shù)據(jù)通路中的關(guān)鍵模塊。對于各種處理器，移位指令都占有相當(dāng)?shù)谋壤�，如圖1.3用測試程序SPECint95對NnPS一 nISA做的模擬結(jié)果，結(jié)果表明有5.9%的指令為移位指令〔’6]。鑒于此，提高移位器的性能對整個處理器的性能具有相當(dāng)重要的意義。斗峨l側(cè)燦汰脂萬m翻軟蜘 mjp勺卯鮮代的麟。嘆能”O(jiān)柳嚨眼響圖 1.3移位指令所占百分比本文的創(chuàng)新與難點主要表現(xiàn)在:1.在前人設(shè)計的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了4種可以工作在不同模式下移位器的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)都可以實現(xiàn)多模式的多移位操作，包括循環(huán)移位、邏輯移位以及算術(shù)移位，并產(chǎn)生一些結(jié)果符號位(如零標(biāo)識位和溢出標(biāo)識位)。2.用電路的形式實現(xiàn)這四種結(jié)構(gòu)。本文中，先用半定制設(shè)計方法分析對比各個結(jié)構(gòu)的性能，后用全定制設(shè)計方法對性能最好的結(jié)構(gòu)作深入優(yōu)化。半定制設(shè)計過程中

(a)4個操作數(shù)并行左移伯)2個操作數(shù)并行左移圖2.1并行移位示意圖表2.1為b=3的16位移位的各種操作的真值表，圖2.1為并行邏輯左移示意圖。零標(biāo)識位為1即所有移位輸出為全O。當(dāng)實現(xiàn)算術(shù)左移操作時，移出的任何一位與符號位不同，則表示溢出，且ove閉ow等于1;對于其它移位操作不產(chǎn)生溢出第9頁

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2749501