《桶式移位器设计》PPT课件

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1、桶式移位器设计指令格式ARM7内部结构取指：地址/控制总线送出地址/控制信号，读取指令保存到指令寄存器译码：指令寄存器内容送到译码逻辑，从寄存器文件读取操作数执行：完成相应操作，结果写回寄存器文件。三级流水线指令执行过程三级流水线指令执行过程AB000000010002DB2FE000DE23453456IR2345Abus00011111Bbus00022222Cbus00032FE000DE数据处理指令执行过程数据存储指令执行过程转移指令执行过程数据通路地址端口寄存器组乘法器桶式移位器AL

2、U数据端口桶式移位器BS(BarrelShifter)是高速微处理器中的常用部件能在单周期内完成多种方式、各种位数的移位操作。用于实现移位指令、浮点计算中的小数点对齐等。移位操作种类算术右移：将高位的移空部分补充符号位的值逻辑右移：要给高位补0算术左移和逻辑左移：给低位的移空部分补0循环右移：将从高位移出的部分补入低位Sa30a29…a1a0SSa30…a2a1Sa30a29…a1a00Sa30…a2a1a30a29a28…a00Sa30a29…a1a0a30a29a1…a0SSa30a29…a

3、1a0移位操作举例1000_1110算术右移两位：1110_0011逻辑右移两位：0010_0011逻辑左移两位：0011_1000循环右移两位：1010_0011左移可以由右移位实现a7a6a5a1a0a4a3a2a7a6a5a1a0a4a3a2循环右移两位右移两位左移8-2位左移i位等价于右移32–i位BS的实现BSin[31:0]out[31:0]b4b3b2b1b0In[31:0]：32位输入Out[31:0]：32位输出B[4:0]：移位位数Sin1,Sin2：移位方式Sin2Sin1

4、BS的实现（全译码）…b4b3b2b1b0in[31:0]out[i]…译码逻辑b4b3b2b1b0in[31]in[30]in[0]……sc31sc30sc0sc29out[i]BS的实现（全编码）b4b4=1移16位=0不移位b3=1移8位=0不移位b2=1移4位=0不移位b1=1移2位=0不移位b0=1移1位=0不移位b3b2b1b0BS的实现（部分译码）b4b3b2=000移0位001移4位010移8位011移12位100移16位101移20位110移24位111移28位b1b0=00移

5、0位01移1位10移2位11移3位块移位移位b4b3b2b1b0BS的实现方式针对BS的控制方式，可以有：全译码方式全编码（不译码）方式部分译码方式基于三值逻辑控制的方式全译码方式对表示移位次数的二进制位进行完全译码，分别给出各种移位的单独控制线。对于32位字长来说，移位部分有32根控制线SC31~SC0分别控制移31~0位时的操作5-32译码循环右移循环右移逻辑右移0000000000000000000000000000算术右移SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS逻辑右移0

6、000000000000000000000000000逻辑左移0SSSSS00000000000000000000000000000000000输入逻辑实现BS的in1在右移时应为输入的数值，左移时应为“0”。in1在Sin1信号的控制下，选择ai或逻辑“0”。in1i=ai·Sin1在右移时in2的结果为“0”或符号位，由控制；左移时为输入值，由Sin2控制；右移时要填补的值由D0/1端决定，当要补“0”时它固定为“0”，当要补符号位时它接符号位。即：D0/1=Ssign·a31in2输入逻辑

7、为：输入逻辑实现in1输入逻辑Sin1Sin1Sin2signfunction00xx100逻辑右移101算术右移01x左移11x循环右移表示符号SH编码移位方式SL00逻辑左移SRO01逻辑右移SRI10算术右移SR11循环左移in2输入逻辑8位全译码方式BS右移两位:0108位全译码方式BS左移2位:010右移6位110RC模型假定BS中每个传输管电阻为R，源、漏电容都是Cd，一位斜传的导线电容为Cw。输出：对8位全译码BS来说，传输管网络部分要放电的电容包括8个传输管的漏电容，由于其输出没

8、有斜传，故不存在Cw，因此输出端的总的RC时间延迟是：8RCd。输入：控制输入：8个传输管栅电容及长线电容数据输入：最坏情况下有8个传输管源电容及斜长线电容特点全译码方式的原理十分简单，结构化程度也较高输入、输出之间仅通过一级传输管相连，因而传输管的延迟对BS速度影响不大。布线数和管子都比较多，占用的面积也比较大，而且走线较长，从而可能影响整个BS的速度。32位BS包括：控制线有35根(包括D0/1)，控制线和数据线至少占用67条水平布线通道in1需要6×32个晶体管，移位处理需32×32个晶体