基于PowerPC體系結(jié)構(gòu)的乘法器設(shè)計(jì)與驗(yàn)證.pdf

1、本文研究的是基于PowerPC體系結(jié)構(gòu)的X型微處理器整數(shù)單元中的乘法器部分。之所以選擇PowerPC體系結(jié)構(gòu)主要源于其結(jié)構(gòu)本身的靈活性。這種靈活體系結(jié)構(gòu)不但可以提供更多價(jià)格和性能組合，并同時(shí)保持軟件兼容性，還可以使后來的處理器更好地利用技術(shù)發(fā)展。PowerPC體系機(jī)構(gòu)是可擴(kuò)充的，它同時(shí)包括32位和64位實(shí)現(xiàn)的規(guī)范，以保證當(dāng)前的32位PowerPC處理器和下一代64位處理器之間的軟件兼容。
　　X型微處理器是一款超標(biāo)量微處理器，有著

2、用于裝載指令和數(shù)據(jù)的32Kb、8路徑組關(guān)聯(lián)、物理尋址的高速緩存，并有獨(dú)立的指令、數(shù)據(jù)內(nèi)存管理單元；有著32位地址總線和64數(shù)據(jù)總線，對支持內(nèi)存訪問和內(nèi)存映射的I/O操作，提供單拍和突發(fā)數(shù)據(jù)的傳輸；并且可以由軟件進(jìn)行控制在4種節(jié)能模式中進(jìn)行切換，采用了先進(jìn)的CMOS工藝，與TTL器件全面兼容。
　　對于處理器來說，運(yùn)算單元是直接影響處理器性能高低的關(guān)鍵功能部件，而對于運(yùn)算單元，乘法器又是其重要的組成部分。它是數(shù)字信號處理和邏輯運(yùn)算的

3、核心，提高乘法器的性能對整個(gè)微處理器都有著至關(guān)重要的意義，因此對乘法器的研究與設(shè)計(jì)是十分必要的。
　　本文所研究的是32×32位的整數(shù)乘法器，采用的是改進(jìn)的基為4的Booth編碼，分5個(gè)周期實(shí)現(xiàn)，每個(gè)周期對8位乘數(shù)進(jìn)行編碼得到四個(gè)34位的部分積（最后一個(gè)周期只編碼一位生成最高位的部分積）。通過Booth編碼將部分積的數(shù)量減少了一半，大大的提升了運(yùn)算速度。對于每個(gè)周期產(chǎn)生的四個(gè)34位部分積通過使用華萊士樹壓縮的方法，進(jìn)行了4-2CS

4、A和3-2CSA兩次壓縮，得到一個(gè)40位的操作數(shù)。然后將40位操作數(shù)的低8位數(shù)據(jù)由專用的寄存器儲存，不再被返回相加。最后的加法運(yùn)算得出的結(jié)果中高32位被保留在寄存器當(dāng)中，等到下個(gè)時(shí)鐘周期開始，通過反饋電路，輸送到3-2CSA壓縮器與下個(gè)周期的低32位數(shù)相加，如此經(jīng)過4個(gè)周期，就會得到64位的結(jié)果，這樣不但使得乘法器的運(yùn)算加快，還節(jié)省了電路的面積。最終加法器采用的是超前進(jìn)位加法器和選擇進(jìn)位加法器混合的形式，40位操作數(shù)按每4位劃分為一個(gè)單