高性能浮点型dsp协处理器的设计

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1、学校代码10530学号201510121266分类号TN431.2密级公开硕士学位论文高性能浮点型DSP协处理器的设计学位申请人杨玉权指导教师黄嵩人教授学院名称物理与光电工程学院学科专业集成电路工程研究方向数字集成电路设计二零一八年五月DesignofHigh-performanceFloating-pointDSPCoprocessorCandidateYangYuquanSupervisorProf.HuangSongrenCollegeSchoolofPhysicsandOptoelectronicEngineeringProgramIntegr

2、atedCircuitEngineeringSpecializationDigitalIntegratedCircuitDesignDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018摘要AVP335是一款32位高性能浮点型的数字信号处理器（DSP），具有非常丰富的片内外设与大量的片内存储，它的浮点处理单元（FPU）具有非常强大的数值计算和处理的能力。协处理器（coprocessor）是针对某些特定且CPU处理缓慢或无法处理的应用而设计的芯片，主要辅助CPU完成这些特定任务的

3、处理。例如浮点运算、超越函数的计算等。因此，协处理器的设计是针对某种特定的应用，而不必将它设计为一款通用型处理器。本研究设计了一款32位高性能浮点型DSP的协处理器，该协处理器主要用于协助CPU完成浮点数的数值计算和处理。根据协处理器的基本功能与设计要求,首先对协处理器的组成结构进行介绍，包括浮点数标准、寄存器、流水线、指令集以及寻址方式。其次，本研究对FPU的数值运算单元进行了分析与设计，主要包括对加法器、乘法器以及除法器等算法的研究。此外，为了使数值运算单元获得更好的性能，对相应的算法做出了进一步的改进。因此，加法器的设计采用改进型的Two-Pat

4、h算法实现，即通过减少运算路径中的移位操作以及提高路径的并行度。乘法器采用基4Booth算法将乘数进行编码，降低产生部分积的数量，然后使用Wallace树型压缩器完成部分积的压缩，并通过保留进位加法器（CSA）完成最终的相加。除法器采用基4SRT算法实现。最后是译码控制单元的设计，首先对浮点指令和指令执行过程进行详细的分析，然后对指令译码器进行设计。完成FPU各个功能模块的设计后，编写了各个功能模块的RTL代码，并使用VCS和Ncverilog仿真工具完成FPU各个功能的验证，仿真结果表明了该处理器的逻辑设计完全正确。最后，基于0.13µmCMOS工艺

5、用半定制的方式对协处理器系统进行仿真与验证。关键词：数字信号处理器（DSP）；浮点协处理器（FPU）；Two-Path算法；Booth算法；SRT算法IAbstractTheAVP335isa32-bithigh-performancefloating-pointdigitalsignalprocessor(DSP)withveryrichon-chipperipheralsandalargeamountofon-chipmemory，whosefloating-pointprocessingunit(FPU)hasverypowerfulcapabi

6、litiesinnumericalcomputationandprocessing.Co-processorisachipdesignedforcertainapplicationswhosedataisprocessedslowlyorincaplabletobedealtbytheCPU.ItismainlyusedtoassisttheCPUintheprocessingofthesespecifictaskssuchasfloating-pointoperations,calculationsoftranscendentalfunctionsa

7、ndsoon.Therefore,thecoprocessorisdesignedforaspecificapplication,notforageneral-purposeprocessor.A32-bithigh-performancefloating-pointDSPco-processorisdesignedinthisresearch,whichismainlyusedtoassisttheCPUincalculatingandprocessingthenumericalvalueoffloating-pointnumbers.Accordi

8、ngtothebasicfunctionsanddesignrequirementsofthe