本文關(guān)鍵詞：X-DSP乘法部件的設(shè)計與驗證，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：X-DSP是一款自主研制的高性能多核數(shù)字信號處理器,目標主頻為1GHz,支持定點和浮點操作。乘法部件是高性能DSP的重要組成部分,通過對國內(nèi)外已有技術(shù)的研究,本文設(shè)計實現(xiàn)了一種高性能SIMD乘法器結(jié)構(gòu),以滿足X-DSP對并行性、實時性、高效性和穩(wěn)定性的要求。主要內(nèi)容有:1、乘法部件的設(shè)計包括乘法、有限域和邏輯三個運算模塊,以及異常處理機制。乘法類運算模塊設(shè)計了一種基于兩級操作數(shù)分配網(wǎng)絡(luò)的高性能SIMD乘法器結(jié)構(gòu),該乘法器由16個16位乘法陣列構(gòu)成,采用4級流水線結(jié)構(gòu),可完成不同位寬的乘法、乘加運算,支持定點和浮點操作;另外,為提高16位乘法單元的運算速度設(shè)計了一種三級壓縮陣列,較傳統(tǒng)壓縮結(jié)構(gòu)來說延時減少了12%。有限域運算模塊根據(jù)Galois域多項式乘法的半伸縮算法來實現(xiàn)設(shè)計。邏輯運算模塊主要進行位域的運算和平均值的運算,根據(jù)功能描述分為擴展、翻轉(zhuǎn)、交互解互、移位和求平均值五個模塊實現(xiàn)。異常處理模塊結(jié)合乘法部件異常產(chǎn)生的原因?qū)崿F(xiàn)了操作碼異常、讀異常和寫異常的檢測機制以及相應(yīng)的處理機制。2、根據(jù)乘法部件各個模塊的特點,開發(fā)相應(yīng)的定向測試向量,并以產(chǎn)生的定向測試向量為“種子”進行偽隨機測試;然后,依據(jù)形式驗證中等價性原理,利用等價性檢查工具(ATEC)將設(shè)計的乘法單元與黃金模型進行斷言驗證,以保證設(shè)計模型與參考模型在功能上完全等價,從而說明設(shè)計的乘法單元功能的正確性;最后,搭建FPGA驗證平臺對X-DSP內(nèi)核做仿真測試,運行圖形編解碼、基礎(chǔ)線性子程序和其它大型函數(shù)庫等程序,檢驗結(jié)果是否正確。3、對乘法部件關(guān)鍵路徑上的時序以及非關(guān)鍵路徑上的面積進行優(yōu)化,采用結(jié)構(gòu)調(diào)整、平衡流水棧以及合并寄存器等方法,經(jīng)過多次優(yōu)化后,乘法部件的時序減少了8.3%,邏輯級數(shù)減少了46.5%。在40nm CMOS工藝下,采用Synopsys公司Design Complier Topographical工具對乘法運算單元綜合,在Worst Case情況下乘法部件的性能都達到設(shè)計要求:主頻為1GHz,面積為150941.5μm2,靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗分別為4.9877mW和13.1461 mW。
【關(guān)鍵詞】：SIMD 流水線 異常 ATEC驗證 FPGA 綜合
【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】：2014
【分類號】：TP332.2

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本文編號：363879