[發明專利]一種高性能近似Booth乘法器及計算方法

有效

• 申請號: 202110042301.0
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112764712B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 梁華國;盛勇俠;湯宇新;方寶;蔣翠云;易茂祥;黃正峰;魯迎春
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F7/533
• 分類號: G06F7/533
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種高性能近似Booth乘法器，其特征包括：部分積生成模塊、近似壓縮樹模塊和進位加法器模塊；

所述部分積生成模塊是由近似Booth編碼器構成的，并用于將n位乘數的每相鄰三位與n位被乘數的每一位進行編碼操作后得到n×n/2個部分積，所述n×n/2個部分積按照n/2行、2n-1列的約簡樹進行排列，得到部分積約簡樹；

所述近似壓縮樹模塊包括精確化簡單元和近似化簡單元；

所述精確化簡單元利用精確4-2壓縮器和全加器對所述部分積約簡樹中最高有效位的n+1列的部分積進行化簡操作，得到相對應的精確化簡結果；

所述近似化簡單元利用近似4-2壓縮器和或門對所述部分積約簡樹中最低有效位的n-2列的部分積進行化簡操作，得到相對應的近似化簡結果；

所述進位加法器模塊是由n+1個全加器和2個半加器組成，并用于對所述精確化簡結果和所述近似化簡結果進行化簡操作，從而得到所求的二進制乘積結果；

所述近似Booth編碼器是由2個反相器、5個二輸入的與門以及1個三輸入的或門組成，并依次為：第一反相器、第二反相器，二輸入的第一與門、第二與門、第三與門、第四與門和第五與門以及三輸入的第一或門；

所述近似Booth編碼器的第一輸入端是由第一與門的第一輸入端、第三與門的第二輸入端和第二反相器的輸入端相互連接而成的；

所述近似Booth編碼器的第二輸入端是由第一反相器的輸入端和第五與門的第一輸入端相互連接而成的；

所述近似Booth編碼器的第三輸入端是由第二與門的第二輸入端構成的；

所述近似Booth編碼器的第四輸入端是由第四與門的第二輸入端構成的；

所述第二與門的第一輸入端連接所述第一與門的輸出端；所述第一或門的第一輸入端連接所述第二與門的輸出端；所述第一與門的第二輸入端連接所述第一反相器的輸出端；所述第三與門的第一輸入端連接所述第一反相器的輸出端；所述第四與門的第一輸入端連接所述第三與門的輸出端；所述第一或門的第二輸入端連接所述第四與門的輸出端；所述第五與門的第二輸入端連接所述第二反相器的輸出端；所述第一或門的第三輸入端連接所述第五與門的輸出端；

所述近似Booth編碼器的輸出端為第一或門的輸出端；

所述近似4-2壓縮器是由2個反相器、1個二輸入的與門、2個三輸入的與門、1個三輸入的或門以及1個二輸入的或門組成，并依次為：第三反相器和第四反相器，二輸入的第六與門，三輸入的第七與門和第八與門，二輸入的第二或門以及三輸入的第三或門；

所述近似4-2壓縮器的第一輸入端是由第六與門的第一輸入端、第七與門的第一輸入端和第八與門的第二輸入端相互連接而成的；

所述近似4-2壓縮器的第二輸入端是由第六與門的第二輸入端構成的；

所述近似4-2壓縮器的第三輸入端是由第三反相器的輸入端、第二或門的第二輸入端和第七與門的第三輸入端相互連接而成的；

所述近似4-2壓縮器的第四輸入端是由第七與門的第二輸入端、第四反相器的輸入端和第二或門的第一輸入端相互連接而成的；

所述第三或門的第一輸入端連接所述第六與門的輸出端；所述第三或門的第二輸入端連接所述第七與門的輸出端；所述第八與門的第一輸入端連接所述第三反相器的輸出端；所述第八與門的第三輸入端連接所述第四反相器的輸出端；所述第三或門的第三輸入端連接所述第八與門的輸出端；

所述近似4-2壓縮器的第一輸出端為第三或門的輸出端；

所述近似4-2壓縮器的第二輸出端為第二或門的輸出端。

2.一種實現權利要求1所述的高性能近似Booth乘法器的計算方法，其特征是按如下步驟進行：

步驟一：近似Booth編碼器的組建：

按照式(1)所示的近似Booth編碼器的計算公式，使用2個反相器、5個二輸入的與門以及1個三輸入的或門組建近似Booth編碼器：

式(1)中，Z1為n位被乘數中的一位，Y1、Y2和Y3為n位乘數的相鄰三位，且Z1、Y1、Y2和Y3分別為近似Booth編碼器的四個輸入，PP為近似Booth編碼器的輸出；

步驟二：部分積的生成：

由近似Booth編碼器將n位乘數的每相鄰三位與n位被乘數的每一位進行編碼操作得到對應的部分積，從而產生n×n/2個部分積，由n×n/2個部分積排列組成n/2行、2n-1列的部分積約簡樹；

步驟三：近似4-2壓縮器的組建：

按照式(2)所示的近似4-2壓縮器的計算公式，使用2個反相器、2個三輸入的與門、1個二輸入的與門、1個二輸入的或門以及1個三輸入的或門組建近似4-2壓縮器：

式(2)中，X1、X2、X3和X4分別為近似4-2壓縮器的四個輸入，Sum、Carry分別為近似4-2壓縮器的第一輸出和第二輸出；

步驟四：部分積約簡樹的壓縮化簡：

將部分積約簡樹最高有效的列定義為部分積約簡樹的第1列，將部分積約簡樹的第1列到第n+2列定義為精確化簡陣列，將部分積約簡樹的第n+3列到第2n-1列定義為近似化簡陣列；

對所述精確化簡陣列的每一列部分積使用精確4-2壓縮器和全加器進行化簡，從而得到相對應的精確化簡結果；

對所述近似化簡陣列的每一列部分積使用近似4-2壓縮器和或門進行化簡，從而得到相對應的近似化簡結果；

步驟五：二進制乘積結果的生成：

由n+1個全加器和2個半加器組成的進位加法器模塊對所述精確化簡結果和所述近似化簡結果進行化簡操作，從而得到所求的二進制乘積。