32位高性能M-DSP BP及向量歸約部件的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號的數(shù)據(jù)量呈爆炸式增長。如何高效、高質(zhì)量地處理龐大的數(shù)據(jù)群，給現(xiàn)代高性能DSP的性能帶來了巨大挑戰(zhàn)。
　　M-DSP是一款完全由國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)自主研發(fā)的32位高性能DSP處理器，支持超長指令字技術(shù)（VLIW）、單指令多數(shù)據(jù)流（SIMD）技術(shù)，工作主頻1.0GHz。本文以M-DSP芯片的開發(fā)與設(shè)計為背景，在面向高性能DSP的位處理單元和向量歸約部件方面進行了研究。本文主要工作如下：
　　1.設(shè)計

2、實現(xiàn)了 BP部件，并對其時序、面積和功耗進行優(yōu)化，綜合結(jié)果達到M-DSP的設(shè)計要求。根據(jù)M-DSP運算單元的設(shè)計要求，設(shè)計并實現(xiàn)了BP部件，此部件能夠執(zhí)行三類指令：移位指令、位處理指令、打包解包指令，除了打包解包指令，其余兩類指令均支持 SIMD16位指令格式。采用硬件復(fù)用策略進行面積優(yōu)化，對移位指令單元和位處理指令單元進行了結(jié)構(gòu)上的合并，節(jié)省了一級移位器，提高了硬件復(fù)用率。同時采用操作數(shù)隔離方法對BP部件進一步優(yōu)化，通過降低翻轉(zhuǎn)率來降

3、低動態(tài)功耗。綜合結(jié)果顯示：本文設(shè)計的BP部件相比X-DSP的BP部件在面積上縮小10.1％，動態(tài)功耗降低10.4%，靜態(tài)功耗降低11.4%。
　　2.設(shè)計實現(xiàn)了向量歸約部件，優(yōu)化其時序與功耗，綜合結(jié)果達到M-DSP的設(shè)計要求。本文設(shè)計的向量歸約部件能夠?qū)ο蛄窟\算單元 VPU中的16個向量運算部件（VPE）進行八種歸約指令操作，包括四種顯式歸約模式指令和四種隱式歸約模式指令，每一種歸約模式均能實現(xiàn)2歸約、4歸約、8歸約、16歸約四條

4、指令。以Matrix-DSP的向量歸約部件為基礎(chǔ)，進行時序和功耗優(yōu)化：對歸約單元進行流水線優(yōu)化，縮短關(guān)鍵路徑，提高頻率；根據(jù)VPE的布局，對全局信號走線長度進行優(yōu)化，縮短關(guān)鍵路徑；同時，采用門控時鐘降低動態(tài)功耗。綜合結(jié)果表明：相比Matrix-DSP的向量歸約部件，本文設(shè)計在面積上縮小15.4%，動態(tài)功耗降低8.8%，靜態(tài)功耗降低6%。
　　3.對 BP部件和向量歸約部件進行驗證：①代碼檢查，使用 Qusetformal軟件對代碼