[發明專利]用于微處理器的多功能定點MAC運算裝置

有效

• 申請號: 201110336974.3
• 申請日: 2011-10-31
• 公開（公告）號: CN102360281A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 陳書明;李國強;萬江華;李振濤;彭元喜;楊惠;陳勝剛;孫書為;陳海燕;王海波
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06F9/302
• 分類號: G06F9/302;G06F9/38
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 周長清

技術領域

本發明涉及微處理器的運算部件，具體涉及一種適用于包括單指令多數據流（Single?Instruction?Multiple?Data?，SIMD）DSP在內的微處理器的多功能定點乘加單元（Multiply?Add?Cell，MAC）運算裝置。

背景技術

在圖像處理、雷達信號處理和現代通信等應用領域，由于處理數據量較大，對數據計算的精度和實時性要求高，通常需要使用超高性能的微處理器進行處理。由于這些算法具有高的乘法運算密集性和加法運算密集型，涉及大量包括定點乘加/減運算、點積運算和復數運算在內的定點累積乘法，因此微處理器的定點數據處理能力顯得越發重要。

目前針對上述的應用特點，已有研究中提出了各種用于實現上述定點累積乘法的運行機制和硬件實現結構，使其支持大量的乘法運算，如TIC64系列的M單元。但是，現有技術普遍存在的缺點是：1）僅實現了定點的乘法或定點乘加等一些運算功能，不能支持加法和減法等運算，功能單一；2）占用較多硬件資源，硬件復用率低，可擴展性差，編程代碼量大。

發明內容

本發明針對上述現有技術的問題，提供一種支持多種定點累積乘法、占用硬件資源少、硬件復用率高，可擴展性好，編程代碼量小的用于微處理器的多功能定點MAC運算裝置。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種用于微處理器的多功能定點MAC運算裝置，包括指令派發單元、指令譯碼單元、存儲單元和指令運算單元，所述指令運算單元包括用于MAC運算的四級流水運算結構和用于獲取所述四級流水運算結構的輸出結果并將輸出結果寫回存儲單元的結果選擇模塊，所述四級流水運算結構從輸入端到輸出端依次包括二級乘法器運算站、加法器運算站以及用于進行復數、點積和32位乘法運算的復合運算站，所述二級乘法器運算站包括多個并行分布的SIMD乘法器，所述加法器運算站包括多個并行分布的SIMD加法器，所述二級乘法器運算站、加法器運算站和復合運算站分別與所述結果選擇模塊相連。

作為本發明上述技術方案的進一步改進：

所述SIMD乘法器包括用于實現傳統乘法運算和SIMD乘法運算的一級乘法運算模塊和用于完成符號擴展、拼接運算的二級乘法運算模塊，所述一級乘法運算模塊與二級乘法運算模塊相串連。

所述SIMD乘法器包括用于實現SIMD乘法運算模式控制的SIMD控制信號輸入端，所述SIMD控制信號輸入端分別與一級乘法運算模塊、二級乘法運算模塊相連，所述一級乘法運算模塊與二級乘法運算模塊在所述SIMD控制信號輸入端輸入無效信號時將輸入的操作數進行普通乘法運算，所述一級乘法運算模塊與二級乘法運算模塊在所述SIMD控制信號輸入端輸入有效信號時將輸入的操作數進行SIMD乘法運算。

所述SIMD加法器為40位SIMD定點加法器，所述SIMD加法器包括5個依次串接的8位加法運算模塊。

所述復合運算站包括復數指令處理模塊、點積指令處理模塊和32位乘法指令處理模塊。

所述指令譯碼單元包括指令區分模塊、32位指令譯碼模塊和16位指令譯碼模塊，所述32位指令譯碼模塊的輸入端、16位指令譯碼模塊的輸入端分別通過指令區分模塊與指令派發單元相連，所述32位指令譯碼模塊的輸出端分別與存儲單元、指令運算單元相連，所述16位指令譯碼模塊的輸出端分別與存儲單元、指令運算單元相連。

所述存儲單元包括局部寄存器和累加器，所述局部寄存器和累加器分別與指令運算單元相連。

所述局部寄存器和累加器均為雙輸入雙輸出結構。

本發明具有下述優點：

1、本發明的指令運算單元包括四級流水運算結構，能夠將SIMD乘、SIMD加減法、SIMD乘加乘減、8位點積、16位點積、8位復數和16位復數融合到一個體系結構中，支持高效定點SIMD乘法運算、SIMD加法、SIMD減法、SIMD乘加、SIMD乘減、點積和復數運算，既可以適用于SIMD微處理器，又可以適用于DSP微處理器，具有支持定點乘法類運算種類豐富、分棧合理、占用資源小、代碼復用率高、運算性能好、運算功能多，可擴展性強、適用范圍廣的優點。

2、本發明的二級乘法器運算站包括多個并行分布的SIMD乘法器，從先乘法指令、乘加乘減指令、點積指令和復數指令都通過復用SIMD乘法器實現；加法器運算站包括多個并行分布的SIMD加法器，加法指令、減法指令和乘加乘減指令以及點積和復數指令都通過復用SIMD加法器實現，因此代碼的復用率高。