M-DSP中定點(diǎn)乘加部件的設(shè)計(jì)驗(yàn)證與優(yōu)化.pdf

1、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）廣泛應(yīng)用于航空航天、通信基站等領(lǐng)域。由于這些領(lǐng)域中數(shù)據(jù)處理量的加大以及實(shí)時(shí)性的要求提升，使得高性能、低功耗DSP成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。
　　M-DSP是一款自主研發(fā)的32位高性能多核DSP，在40nm工藝下，主頻可達(dá)1GHz。本文依托 M-DSP的研制與開發(fā)，完成了內(nèi)核運(yùn)算單元中的定點(diǎn)乘加部件的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、優(yōu)化、綜合，主要的研究內(nèi)容與具體工作如下：
　　1、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了32位高性能定點(diǎn)乘加部件（MAC,

2、 Multiply Accumulate）的指令集和結(jié)構(gòu)。首先，本文設(shè)計(jì)了定點(diǎn)MAC相關(guān)的指令集和指令編碼；然后，用4級(jí)流水結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)加/減法、乘法、乘加/減、復(fù)數(shù)乘法、點(diǎn)積、數(shù)據(jù)搬移、地址加/減法和標(biāo)向量廣播指令。為了提高計(jì)算性能，對(duì)加/減法與乘法運(yùn)算提供16位SIMD功能支持。
　　2、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了適合定點(diǎn)乘法與浮點(diǎn)乘法共用的54×32位乘法器。該乘法器由4個(gè)27×16位乘法器組成，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)有/無符號(hào)32位乘法和兩個(gè)有/無

3、符號(hào)16位SIMD乘法。為了降低面積，本文采用定點(diǎn)MAC與浮點(diǎn)MAC共享該乘法器和流水復(fù)用策略，單周期實(shí)現(xiàn)兩個(gè)單精度浮點(diǎn)尾數(shù)24位乘法和兩個(gè)周期實(shí)現(xiàn)一個(gè)雙精度浮點(diǎn)尾數(shù)53位乘法。在滿足設(shè)計(jì)性能要求的基礎(chǔ)上大大減小了面積開銷。
　　3、對(duì)所設(shè)計(jì)的定點(diǎn)乘加部件進(jìn)行了充分驗(yàn)證。制訂了逐層深入的驗(yàn)證方案，建立了黃金模型作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比結(jié)果。進(jìn)行了模塊級(jí)與系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證、基于覆蓋率的驗(yàn)證、隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證，建立了自動(dòng)驗(yàn)證對(duì)比的回歸驗(yàn)證環(huán)境；采用靜態(tài)的驗(yàn)證