可重构DSP运算单元的实现

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着微电子技术和集成电路工艺的飞速进步，微处理器有了惊人的发展，性能迅速提高。微处理器要达到高性能，其关键路径上的算术逻辑单元(ALU)的运算速度必须足够快。浮点数在高精度数字计算中被普遍使用，并且随着数字信号处理和图像处理需求的增长，其应用范围也越来越广。浮点数可以同时提供大范围和高精度的数据，因此，很多微处理器直接采用硬件浮点运算单元。根据32位数字信号处理器(DigitalSignalProcessorDSP)研究的课题需要，本文详细分析了浮点加法器、浮点乘法器和DSP运算单元(ProcessingEle

2、mentPE)的结构和算法，探讨了三者的实现方法，出于对性能和可靠性的考虑，本文选择了全定制和基于标准单元的半定制设计方法。在全定制设计中，首先讨论了全定制设计流程，根据浮点加法器、浮点乘法器和DSP运算单元(PE)三者的结构，提出了适合全定制实现的平面布局图方案。然后分析了在全定制设计中需要注意的布局布线问题，并阐述了相应的解决办法。在随后的设计实现中，本文采用了台机电TSMC0.25pm2.5V工艺分别对三者完成了全定制实现，并通过了逻辑和电路级验证。结果显示，在250C2.5V情况下，浮点乘法器运算时间为5.6ns;浮点加法器运算时问为6

3、.6ns，完全满足时钟频率lOOMHz的设计要求。在半定制设计中，与门阵列相比，标准单元在芯片硬件利用率和单元多样性方面有巨大的优势，所以本文选择了基于标准单元的设计方法。首先，根据已知的PE结构编写综合脚本，定义约束信息，对已经完成验证的Verilog模型用synopsys公司的T具DesignCompiler进行综合。然后将得到的门级网表用SiliconEnsemble进行自动布局布线，并通过了对生成版图的验证。最后，本文根据两种设计结果对全定制和基于标准单元的半定制进行了分析，结果显示全定制设计在性能上要优于半定制设计，但设计周期和成本要

4、高于半定制设计。关键词DSP;运算单元;浮点加法器;浮点乘法器哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractBasedontheimprovementofintegratedcircuittechnology,microprocessorswereupdatedseveralgenerations,andtheperformancewasimprovedincreasingly.Inordertoachievehighperformancemicroprocessors,thespeedofALU(ArithmeticLogicUnit)mus

5、tbefastenough.Floating-pintnumberisusedinthehigh-accuracycomputer.WiththeincreasingrequirementofDSP(DigitalSignalProcessing)andimageprocessing,itwillbeusedmorewidely.Floating-pintnumberprovideswiderangeandhigh-accuracydata,thusthehardwareoffloating-pointarithmeticunitswereim

6、plementedinmostmicroprocessorsforspeed.Accordingtotherequirementofproject一32-bitDSPprocessor,thearchitectureandarithmeticoffloating-pointadder,floating-pointmultiplierandDSPprocessingelement(PE)wasstudiedinthethesis.Afteranalyzing,full-customandcell-baseddesignmethodistaken.

7、Inthefull-customdesign,thethesisfirstlydiscussesthefull-customdesignflow.Andthen,accordingtothearchitectureoffloating-pointadder,floating-pointmultiplierandDSPprocessingelement(PE),thethesisgivesthefoorplanadaptedtothefull-customdesign.Lastly,thethesispaysattentiontosomeissu

8、esoccurredinthefloorplanandimplementsthefull-customdesignusingTSMC0.251tmCM