不同ALU实现方法的功耗研究

低功耗是微处理器设计中一项具有挑战性的工作。对每一个组成单元进行功耗优化是进行低功耗微处理器设计必不可少的一种方法。算术逻辑单元(Arithmetic and Logic Unit,ALU)是微处理器中最基本的组成单元之一。ALU的结构与功耗、延迟和面积有着复杂的联系。常用的ALU结构有三种:复合结构、加法器独立结构和链式结构。基于这三种结构,实现了一个8比特ALU,通过对这个8-bit ALU进行功耗分析来研究ALU的结构对功耗的影响。研究结果表明:复合结构ALU具有最小的功耗,与其它两种结构的ALU相比,能分别节省19.38%和33.87%的功耗。     

兼容MCS-96指令集的ALU设计

设计了一款能够完全兼容MCS-96系列单片机指令集的ALU。在设计中使用了经过逻辑简化的运算单元和改进的T型进位链,有效缩短了关键路径的延迟。采用硬件资源共享的策略进行运算单元和移位单元的结构组织设计,在不增加指令执行周期的前提下,最大限度地减小了电路面积。     

声码器中一种四级可重构ALU的研究与设计

在面向语音编解码算法实现的高性能声码器设计中,支持可变长VLIW指令集的ALU单元是实现其设计目标的重要环节.本文提出一种四级可重构的ALU设计,以前缀算法加法器为核心,并通过操作数和资源的重构,能在单周期内完成81种复合算术逻辑运算,同时将其控制编码压缩了58.93%以适应指令集的宽度约束,高效实现了算法中潜在的高并行性,很好的满足了运算密集型的算法应用需求.     

基于规则的寄存器传输级ALU工艺映射算法的研究

提出寄存器传输级工艺映射（RTLM）算法，该算法支持使用高层次综合和设计再利用的现代VLSI设计方法学，允许复杂的RT级组件，尤其是算术逻辑单元（ALU）在设计中重用，该映射算法使用目标ALU组件来实现源ALU组件，映射规则通过表格的方式给出，此算法对于规则结构的数据通路特别有效，应用k阶贪婪算法的实验结果表明，RTLM在高层次综合中对数据通路组件再利用是一种有效的方法。     

一种支持SIMD指令的低功耗分裂式ALU设计

在面向多媒体运算的高性能、低功耗DSP芯片MD32设计中，支持SIMD指令的分裂式、低功耗ALU设计是实现其没计目标的重要环节。该文提出了利用基于资源共享的设计思想，以超前进位加法器(Catry Look-ahead Adder)为核心构造数据处理单元，完成算术以及逻辑运算，减少了ALU模块的面积，同时均衡了不同数据通路长度，并且采用先进行数据选择，而后进行数据处理的设计原则，降低不使用模块的活动度，减少了功耗。根据Design Power分析其综合后门级实现结果，芯片面积可减少8％，功耗可减少51％。     

X-DSP ALU与移位部件的设计与实现

X型DSP是我们自主研发的一款低功耗高性能DSP。对X型DSP的CPU体系结构进行了深入研究,在详细分析X型DSP的ALU部件和移位器部件相关指令基础上,对ALU与移位器部件进行了设计与实现。采用Design Compiler综合工具,基于SMIC公司0.13um CMOS工艺库对ALU移位部件进行了逻辑综合,电路功耗共为4.2821mW,电路面积为71042.9804m2,工作频率达到250MHz。     

32位同时多线程微处理器的ALU设计

针对传统ALU存在较大硬件资源浪费的缺点,提出了一种指令执行并行度宽,资源利用率高的同时多线程ALU.同时多线程ALU由7个并行的部件组成.每个部件高效的执行两个线程的指令.这种由7个部分组成的分布式ALU提高了指令并行执行的宽度,大大降低了水平浪费和垂直浪费.对微处理器ALU进行功能验证与仿真,并用综合工具完成逻辑综合.     

针对嵌入式系统的低功耗存储器管理单元设计

针对Linux操作系统，实现了面向32位RSIC嵌入式处理器的低功耗存储器管理单元。通过在指令快表中增加预比较电路，提高了处理器连续访问同一虚拟页面时的地址转换效率，降低指令快表命中时的功耗37.07%。两级比较结构的内容寻址存储器与传统结构相比，在失效和命中时分别可以取得44.98%和74.94%的功耗节省。该文设计的存储器管理单元能够很好地和Linux配合，完成地址映射及存储权限管理。     

单元重构问题探讨

在 CIMS 环境下,采用虚拟单元技术可以解决使用成组单元的结构中出现的过量跨单元加工和加工负荷不平衡问题.本文对实现虚拟单元的关键技术——单元重构的可行性进行了分析,对单元重构的两个主要过程,即任务的时间分解过程和任务的空间分解过程进行了详细的讨论,并对所涉及到的时间划分、计划调度、工件、机器成组等问题给出了相应的策略和算法.从而证明了在 CIMS 环境下实现虚拟单元的可行性.     

基于库单元的低功耗设计

复杂IC的低功耗设计是成功设计的关键.在基于单元的设计中,通过改变驱动力、β值和晶体管宽度等参数可以实现减小功耗和面积的最优化设计.主要研究了逻辑图和版图设计阶段中的基于库单元的低功耗设计,并以实际例子详细说明了IC的功耗优化设计方法.