低功耗低成本嵌入式處理器媒體擴展單元設(shè)計.pdf

1、隨著嵌入式系統(tǒng)中對于音視頻處理、圖像識別、3D模擬等多媒體相關(guān)應(yīng)用的日益增多，高效低成本低功耗的多媒體擴展單元將成為未來通用嵌入式處理器的關(guān)鍵部件。本文圍繞多媒體擴展單元的架構(gòu)設(shè)計，重點研究合理有效利用現(xiàn)有資源，提升多媒體運算性能，降低硬件開銷，減小功耗損失等關(guān)鍵技術(shù)。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點包括：
　　 ⑴隔離式SIMD算術(shù)單元及其高效資源復(fù)用技術(shù)。提出了隔離位拼接操作數(shù)實現(xiàn)快速SIMD執(zhí)行的算法，并以此進行高效資源復(fù)用和時

2、延控制的SIMD算術(shù)單元設(shè)計。該方法通過擴展原整型加法器寬度，插入隔離位分隔SIMD各操作數(shù)，僅增加少量選擇邏輯，實現(xiàn)了SIMD運算對原有整型通路的高效復(fù)用，同時采用逆向移位的操作數(shù)準(zhǔn)備和封裝方案，解決了關(guān)鍵路徑問題，以極小的硬件代價實現(xiàn)了對多媒體SIMD加速操作的支持。
　　 ⑵樹型快速乘法／乘累加單元及SIMD分支提取和延遲旁路技術(shù)。首先根據(jù)傳統(tǒng)陣列乘法器的缺點，分析提出了四叉樹型快速乘法器的原理和實現(xiàn)算法，然后在此基礎(chǔ)上設(shè)

3、計多媒體乘法和乘累加的流水執(zhí)行單元。根據(jù)樹型結(jié)構(gòu)的特點，提出分支提取技術(shù)實現(xiàn)SIMD運算的高效復(fù)用技術(shù)，僅增加少量判斷選擇邏輯，實現(xiàn)了同一乘法器對SIMD運算的支持；同時通過分析MAC指令流的依賴關(guān)系，提出了延遲旁路動態(tài)調(diào)度技術(shù)減少累加操作數(shù)的相關(guān)代價，降低執(zhí)行停頓，以增加少量旁路邏輯獲取MAC指令流性能的大幅提高。
　　 ⑶復(fù)用式多媒體保留棧動態(tài)調(diào)度技術(shù)及媒體寄存器組框架。通過復(fù)用多媒體運算中較少使用的執(zhí)行單元保留棧，組成更大

4、深度的多媒體保留棧，增加少量控制邏輯，實現(xiàn)了更強的多媒體動態(tài)調(diào)度性能。對于雙字結(jié)果的多媒體運算，利用原有重排序緩存資源，增加獨立多媒體寄存器組與之配合使用，并復(fù)用公共數(shù)據(jù)總線和退休回寫硬件資源，以較少的硬件代價實現(xiàn)了對高位寬數(shù)據(jù)回寫的支持。
　　 ⑷基于多媒體運算特征的精細(xì)低功耗控制技術(shù)?；赟IMD運算特性的低功耗技術(shù)，對于每一個子通路進行獨立控制，在沒有對應(yīng)運算時徹底關(guān)閉該通路以降低功耗；基于結(jié)果推測的低功耗技術(shù)，對于某些可