[發(fā)明專利]結(jié)構(gòu)化混合位寬乘法運算方法及裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210012465.X
• 申請日: 2012-01-16
• 公開（公告）號: CN102591615A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李振濤;郭海勇;陳書明;郭陽;劉祥遠;唐濤;張科勛;溫亮;楊唐第
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學
• 主分類號: G06F7/523
• 分類號: G06F7/523
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所 43008
• 代理人: 周長清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及處理器涉及領(lǐng)域，具體涉及一種實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化混合位寬乘法運算的方法及裝置。

背景技術(shù)

乘法器是現(xiàn)代微處理器的關(guān)鍵運算部件，單位時間內(nèi)完成的乘法運算次數(shù)是衡量微處理器性能的一個重要指標。不同的運算類型，對乘法器的位寬有不同的需求。在科學計算中，32位和64位是基本的要求，因此在高性能微處理器中一般都設(shè)置專門硬件直接支持32位或64位的乘法操作。在多媒體和通信類應(yīng)用中，大部分運算類型是8位和16位的。為了提高小位寬數(shù)據(jù)處理的能力，許多處理器都增加了SIMD指令。SIMD指令一次可以對多個數(shù)據(jù)做同樣的操作，大大提高了小位寬運算的處理能力。SIMD在硬件實現(xiàn)上有兩種方式，一種是設(shè)置專門的SIMD部件，該部件僅能執(zhí)行SIMD操作，如PentumII中的MMX部件；另一種是對原先的運算部件進行改進，使其既保持原先的運算能力，又具備新的執(zhí)行SIMD操作的能力，如Intel??XScale?。后一種實現(xiàn)方法，不需要對體系結(jié)構(gòu)進行大的改動，就可使其多媒體數(shù)據(jù)處理能力提高一倍，因此在DSP等嵌入式微處理器設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用，如TI公司和AD公司最新的DSP乘法器的設(shè)計均采用了這種方法。??

為了實現(xiàn)混合位寬乘法運算，現(xiàn)有技術(shù)包括兩種方法：一種直接的實現(xiàn)方法是設(shè)置多個乘法器，該方法的缺點是硬件開銷大；另一種方法是采用流水技術(shù)，如Intel??XScale?，它的缺點是提高了CPI，即單拍內(nèi)完成的指令數(shù)。因此，高性能、低功耗微處理器設(shè)計迫切需要一種高效的混合位寬乘法器設(shè)計技術(shù)。而且現(xiàn)在常用的乘法器一般包括布斯譯碼、部分積產(chǎn)生、部分積壓縮三部分。布斯譯碼首先將乘數(shù)進行譯碼，產(chǎn)生控制信號控制被乘數(shù)產(chǎn)生部分積，然后將部分積送入壓縮陣列相加產(chǎn)生最后的乘積。部分積壓縮陣列一般采用華萊士樹結(jié)構(gòu)，為了縮短連線，在布局時通常將同位權(quán)的壓縮模塊放在同一列，最后得到的版圖一般是平行四邊形的形狀，因此在面積上有一定的浪費,當乘法器位寬很大時，面積浪費更為嚴重。為了改善乘法器版圖的面積利用率，需要對乘法器進行新的設(shè)計。在全定制乘法器版圖實現(xiàn)時，一種位寬的操作數(shù)對應(yīng)一種部分積壓縮陣列結(jié)構(gòu)，當輸入的位寬改變時，需要對壓縮陣列進行調(diào)整甚至重新設(shè)計，版圖的復用率不高。全定制設(shè)計可以很好的提高設(shè)計性能，但實現(xiàn)的過程是相當耗時的，為了提高乘法器的設(shè)計效率，也需要對乘法器的實現(xiàn)算法進行探索。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種硬件利用率及面積利用率高、運算速度快、硬件開銷小、得到版圖規(guī)整、結(jié)構(gòu)簡單的結(jié)構(gòu)化混合位寬乘法運算方法及裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種結(jié)構(gòu)化混合位寬乘法運算方法，其實施步驟如下：

1）輸入乘數(shù)、被乘數(shù)以及包含運算類型、符號位的運算控制信號；

2）根據(jù)所述運算類型對乘數(shù)、被乘數(shù)進行拆分，根據(jù)所述符號位對拆分后的被乘數(shù)進行符號位擴展；

3）將拆分和符號位擴展后的乘數(shù)、被乘數(shù)分別送入兩個M×N乘法器進行布斯譯碼、部分積生成，并對所有M×N乘法器生成的部分積分別進行壓縮；

4）根據(jù)所述運算控制信號中的運算類型和符號位生成修正值；

5）將所述步驟3）壓縮得到的所有輸出結(jié)果與所述步驟4）得到的修正值進行壓縮得到乘法結(jié)果。

作為本發(fā)明結(jié)構(gòu)化混合位寬乘法運算方法的進一步改進：

所述步驟1）中的運算類型包括1個M×2N乘法運算和2個(M/2)×N乘法運算。

所述步驟2）中根據(jù)運算類型對乘數(shù)、被乘數(shù)進行拆分的詳細步驟包括：如果運算類型為1個M×2N乘法運算，則將乘數(shù)拆分為高位乘數(shù)部分和低位乘數(shù)部分，被乘數(shù)保持不變；如果運算類型為2個(M/2)×N乘法運算，則將乘數(shù)拆分為高位乘數(shù)部分和低位乘數(shù)部分，并將M位被乘數(shù)拆分為均為M/2位的高位被乘數(shù)部分和低位被乘數(shù)部分。

所述步驟2）中根據(jù)所述符號位對拆分后的被乘數(shù)進行符號位擴展的詳細步驟包括：如果所述運算類型為實現(xiàn)1個M×2N乘法運算，則被乘數(shù)保持不變；如果所述運算類型為實現(xiàn)2個(M/2)×N乘法運算，則將高位被乘數(shù)部分的低位擴展0，將低位乘數(shù)部分做符號擴展。