[發(fā)明專利]一種定點(diǎn)加法結(jié)果位寬限制的處理方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611258279.9
• 申請(qǐng)日: 2016-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN106873940B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周沈剛;李任偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島專用集成電路設(shè)計(jì)工程技術(shù)研究中心
• 主分類號(hào): G06F7/50
• 分類號(hào): G06F7/50
• 代理公司: 青島聯(lián)智專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 37101
• 代理人: 王笑

本發(fā)明公開了一種定點(diǎn)加法結(jié)果位寬限制的處理方法和裝置，基于加法器輸入操作數(shù)的高位部分獲得上溢預(yù)判值和下溢預(yù)判值，基于運(yùn)算結(jié)果中次高位向最高位的進(jìn)位，獲得運(yùn)算結(jié)果是否超出加法器輸入位寬的溢出判斷和運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)位判斷；結(jié)合上溢預(yù)判值、下溢預(yù)判值、溢出判斷、符號(hào)位判斷和加法器運(yùn)算結(jié)果判斷運(yùn)算結(jié)果是否上溢出或下溢出。這種采用在加法器運(yùn)算結(jié)果獲得之前對(duì)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行預(yù)判，并在加法器運(yùn)算結(jié)果得到之后的約一級(jí)門延時(shí)后，基于預(yù)判結(jié)果和運(yùn)算結(jié)果能夠立刻判斷出是否需要進(jìn)行飽和運(yùn)算的處理方法，相比于現(xiàn)有技術(shù)中得到運(yùn)算結(jié)果后再判斷是否需要對(duì)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行飽和處理的處理方式，提升了加法器限制位寬操作的處理速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種定點(diǎn)加法結(jié)果位寬限制的處理方法和裝置。

背景技術(shù)

加法器作為數(shù)據(jù)處理的基本器件不僅單獨(dú)使用于數(shù)據(jù)處理集成電路中，而且還作為一個(gè)基本的部件應(yīng)用于乘法器等處理器的運(yùn)算部件中。

大部分算法中都會(huì)用到乘法操作，特別是在信號(hào)處理算法中，先進(jìn)行乘法操作然后將乘法結(jié)果與累加寄存器中的結(jié)果相加/減的乘累加操作是核心操作之一，這使得每秒可執(zhí)行乘累加操作數(shù)（MAC/S）成為簡(jiǎn)單衡量一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器計(jì)算能力的指標(biāo)之一。不僅是在數(shù)字信號(hào)處理器中，通用處理器為了中也集成了乘累加器，某些通用處理器為了加速圖像處理或其他科學(xué)計(jì)算，也使用了乘累加器。

定點(diǎn)乘法操作的結(jié)果位寬是輸入操作數(shù)位寬的兩倍（假設(shè)兩個(gè)輸入操作數(shù)位寬相同），如果需要經(jīng)過多次乘法操作，理論上運(yùn)算結(jié)果的位寬將以指數(shù)形式增長(zhǎng)。但通常處理器可處理數(shù)據(jù)的位寬是有限制的，而且一般情況下程序設(shè)計(jì)員也不需要得到如此形式的結(jié)果，所以通常情況下，需要限制乘法結(jié)果的位寬與輸入數(shù)的位寬相同。

通常，累加寄存器的位寬長(zhǎng)于乘法結(jié)果，例如32位乘累加器中乘法結(jié)果是64位，其累加寄存器位寬可能是80位。增加累加寄存器的位寬的主要目的是防止計(jì)算結(jié)果在多次累加/減的過程中溢出。在連續(xù)的累加/減操作結(jié)束并寫出時(shí)，仍然需要將結(jié)果的位寬限制到正常操作數(shù)的位寬。不僅僅在累加器中，較多的加減法類操作也需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行類似的位寬限制處理。

在整數(shù)加法器的位寬限制操作中，如果加法器得出的結(jié)果已經(jīng)超過了限制位寬的表示范圍，則要求進(jìn)行飽和，也即，只保留低位部分；或者，將不在限制位寬可表示范圍內(nèi)的加法器結(jié)果舍去，保留限制位寬可表示范圍內(nèi)的和。在某些處理器中，并不要求運(yùn)算單元直接將結(jié)果飽和，只要求給出上溢出或者下溢出狀態(tài)。以32位乘累加操作要求得到32位飽和結(jié)果為例：首先32位乘法操作會(huì)得到64位的乘法結(jié)果，然后至少進(jìn)行64位的累加操作，在累加操作后，需要將64位的加法結(jié)果保存為32位。將64位加法結(jié)果保存為32位結(jié)果的通常流程如下：首先需要判斷64位累加操作是否溢出，然后需要判斷高33位是否是純粹的符號(hào)位，如果既沒有64位溢出且高33位都是符號(hào)位，則選擇低32位作為結(jié)果即可，否則需要根據(jù)結(jié)果上溢出/下溢出飽和至32位最大值/最小值。

上述可見，在位寬限制操作過程中，若運(yùn)算結(jié)果超過限制位寬的表示范圍，需要進(jìn)行飽和操作或者溢出狀態(tài)報(bào)告。通常的位寬限制操作是在得到最終結(jié)果之后再判斷是否需要進(jìn)行飽和處理，并根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行飽和處理后寫出運(yùn)算結(jié)果。如圖1所示的常用加法結(jié)果處理框圖，用于將乘法結(jié)果位寬限制在與乘法輸入操作數(shù)的位寬相同；圖示中的結(jié)果處理方式是：根據(jù)加法器高位的“規(guī)約或”“規(guī)約與”結(jié)果判斷運(yùn)算結(jié)果是否超出限制位寬能表示的范圍，并結(jié)合整個(gè)加法器的溢出判斷邏輯，最終選擇寫出的結(jié)果。這其中，“規(guī)約”操作若以NAND2/NOR2邏輯門衡量，位寬為N的輸入需要log₂N級(jí)的邏輯，如圖2所示是一個(gè)典型的“規(guī)約與”門錐：位寬為N的加法器的進(jìn)位鏈邏輯級(jí)數(shù)也是log₂N（以AOI21/OAI21邏輯門衡量，與NAND2/NOR2邏輯門延遲基本相同），可見，規(guī)約操作是一個(gè)不可忽視的邏輯長(zhǎng)度，這造成了在得到運(yùn)算最終結(jié)果之后再根據(jù)結(jié)果進(jìn)行飽和處理的操作方式不利于提升處理器性能的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容