32位高性能M-DSP BP及向量歸約部件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)量呈爆炸式增長(zhǎng)。如何高效、高質(zhì)量地處理龐大的數(shù)據(jù)群，給現(xiàn)代高性能DSP的性能帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。
　　M-DSP是一款完全由國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)自主研發(fā)的32位高性能DSP處理器，支持超長(zhǎng)指令字技術(shù)（VLIW）、單指令多數(shù)據(jù)流（SIMD）技術(shù)，工作主頻1.0GHz。本文以M-DSP芯片的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)為背景，在面向高性能DSP的位處理單元和向量歸約部件方面進(jìn)行了研究。本文主要工作如下：
　　1.設(shè)計(jì)

2、實(shí)現(xiàn)了 BP部件，并對(duì)其時(shí)序、面積和功耗進(jìn)行優(yōu)化，綜合結(jié)果達(dá)到M-DSP的設(shè)計(jì)要求。根據(jù)M-DSP運(yùn)算單元的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了BP部件，此部件能夠執(zhí)行三類(lèi)指令：移位指令、位處理指令、打包解包指令，除了打包解包指令，其余兩類(lèi)指令均支持 SIMD16位指令格式。采用硬件復(fù)用策略進(jìn)行面積優(yōu)化，對(duì)移位指令單元和位處理指令單元進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的合并，節(jié)省了一級(jí)移位器，提高了硬件復(fù)用率。同時(shí)采用操作數(shù)隔離方法對(duì)BP部件進(jìn)一步優(yōu)化，通過(guò)降低翻轉(zhuǎn)率來(lái)降

3、低動(dòng)態(tài)功耗。綜合結(jié)果顯示：本文設(shè)計(jì)的BP部件相比X-DSP的BP部件在面積上縮小10.1％，動(dòng)態(tài)功耗降低10.4%，靜態(tài)功耗降低11.4%。
　　2.設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了向量歸約部件，優(yōu)化其時(shí)序與功耗，綜合結(jié)果達(dá)到M-DSP的設(shè)計(jì)要求。本文設(shè)計(jì)的向量歸約部件能夠?qū)ο蛄窟\(yùn)算單元 VPU中的16個(gè)向量運(yùn)算部件（VPE）進(jìn)行八種歸約指令操作，包括四種顯式歸約模式指令和四種隱式歸約模式指令，每一種歸約模式均能實(shí)現(xiàn)2歸約、4歸約、8歸約、16歸約四條

4、指令。以Matrix-DSP的向量歸約部件為基礎(chǔ)，進(jìn)行時(shí)序和功耗優(yōu)化：對(duì)歸約單元進(jìn)行流水線優(yōu)化，縮短關(guān)鍵路徑，提高頻率；根據(jù)VPE的布局，對(duì)全局信號(hào)走線長(zhǎng)度進(jìn)行優(yōu)化，縮短關(guān)鍵路徑；同時(shí)，采用門(mén)控時(shí)鐘降低動(dòng)態(tài)功耗。綜合結(jié)果表明：相比Matrix-DSP的向量歸約部件，本文設(shè)計(jì)在面積上縮小15.4%，動(dòng)態(tài)功耗降低8.8%，靜態(tài)功耗降低6%。
　　3.對(duì) BP部件和向量歸約部件進(jìn)行驗(yàn)證：①代碼檢查，使用 Qusetformal軟件對(duì)代碼