进位保留加法器的命题投影时序逻辑组合验证

为保证硬件设计的正确性,提出了对硬件设计组合验证的新方法.该方法在命题投影时序逻辑的统一框架下,实现对硬件系统行为的建模,对所期望性质的形式化描述,并利用命题投影时序逻辑合理且完备的公理系统对系统性质进行验证,从而证明硬件系统满足期望的性质,保证设计的正确性.进位保留加法器的验证实例说明了该方法的可行性。

一个进位保留加法阵列的HDL代码生成器

多加数的加法器是FPGA的一个比较常见的应用。仿真对比了其三种实现方案的性能和所消耗资源,得出进位保留加法阵列是首选方案。针对进位保留加法阵列实现的复杂性给出了一个加法阵列的代码生成器,极大地简化了加法阵列的设计工作。

一种新的模2^n＋1加法算法及其电路实现

为了提高制约余数系统运算速度的模2n+1加法器的性能,提出一种新的基于自然二进制数系统的模2n+1加法方法,采用简化的进位保留技术、并行超前思想以及条件和选择方法设计实现了快速模2n+1加法器。与传统的基于减一数系统的模2n+1加法器相比,该电路结构可以节省自然二进制数系统和减一数系统转换电路的开销。用SMIC0.13μm工艺实现的32位模2n+1加法器,其节省的面积开销可达传统电路的32.2%,节省的功耗开销可达12.6%,同时速度可以提升39.4%。

蒙哥马利模乘算法改进及硬件实现

在嵌入式和物联网等领域的加密应用场景中,需要在加密实现的性能和资源消耗之间找到综合效率最佳的平衡点.模乘法器是Rivest-Shamir-Adleman算法(RSA)和椭圆曲线密码(ECC)等公钥密码算法的核心运算模块,其资源占用和运算速度直接影响上层密码算法的整体性能.本文提出高效低延迟的蒙哥马利模乘算法可以有效降低运算量,减少硬件设计的复杂度,结合使用提出的5-2低延迟加法器进一步降低模乘法器的关键路径长度,从而提高算法的运行效率.在Xilinx-K7系列平台上实现的1024位模乘运算模块系统主频可达278 MHz,同时面积时间积(ATP)比已有同类算法提高了15%以上,综合效率表现最优.结果表明,改进后的蒙哥马利模乘算法硬件资源消耗低,适用于物联网等轻量级密码系统.

一种基于CSA加法器的Montgomery模幂乘硬件实现算法

提出了一种改进的Montgomery模乘和模幂算法,该算法采用5-to-2 CSA加法器来实现Montgomery模乘算法中的超长大数加法。目前使用CSA加法器的其他模乘算法在模乘结果输出时均需要用CPA加法器来处理CSA加法器的输出结果,而本文提出的算法使得模乘运算的输入输出操作数均可采用保留进位形式,避免了进行超长操作数的CPA加法这一耗时的操作,因此显著减少了模乘运算所需时钟周期,提高了数据处理的时间效率,并加快了RSA模幂运算的速度。

基于Montgomery模乘的RSA加密处理器

提出一种基4的Montgomery模乘算法及优化的硬件结构,将传统基2模乘运算迭代次数减少近一半。在该模乘模块基础上设计高速RSA加密处理器,采用进位保留形式的全并行模幂运算流程,避免长进位链和中间结果转换的问题。结果表明,该设计同时适应FPGA和ASIC实现,完成一次标准1 024位RSA加密运算仅需9 836个周期,加密速率提高50%以上。

高阶∑△ADC的抽取滤波器的设计

通过优化和改进梳状滤波器结构,采用FIR补偿滤波器以补偿通带衰减,并合理安排硬件电路以节省面积,设计了一种高速、低功耗高阶∑△ADC中的抽取滤波器.应用Matlab进行电路仿真,该滤波器阻带衰减为-65 dB,通带纹波为±0.05 dB,过渡带为0.454fs^0.583fs.经过VerilogXL和系统验证,该滤波器完全满足∑△ADC的系统要求.

RSA高速模乘单元的设计

论文分析了Montgomery算法,利用迭代加法之间的并行性提出了一种流水并行工作的硬件模乘结构。该结构具有时钟频率高,模幂运算时间短的优点,适合于RSA的模幂运算,可以极大提高RSA加密运算的效率,同时其体系结构适合于高阶Montgomery算法的实现。FPGA实现的结果表明,512位的高速模乘单元工作频率74.27MHZ;1024位的高速模乘单元工作频率73.94MHZ。模乘单元的面积与位宽成正比,而工作频率基本不变。基于此结构,512位的RSA运算时间为1.78ms,1024位的RSA运算时间为7.08ms。

高阶∑△ADC中的抽取滤波器的设计

从电路实现和降低功耗的角度出发,优化并改进了梳状滤波器结构,同时设计了 FIR 补偿滤波器对其通带衰减进行补偿,通过合理的硬件电路安排来节省面积、提高速度,最终完成了高阶∑△ADC 中的抽取滤波器的设计。经过 Matlab 仿真,该滤波器阻带衰减为-65dB,通带纹波为±0.05dB,过渡带为0.454fs～0.583fs,经过 VerilogXL 和系统验证,该滤波器完全满足∑△ADC 的系统要求。

一款高吞吐率RSA密码处理器的设计(英文)

介绍了采用蒙哥马利模乘法算法和指数的从右到左的二进制方法,并根据大整数模乘法运算和VLSI实现的要求进行改进的RSA处理器,在提供高速RSA处理能力的同时,可抵抗某些定时分析攻击和功耗分析攻击。该RSA处理器在其模乘法器中使用了CSA(进位保留加法器)结构以避免长进位链,并采用一种新型(4∶2)压缩器结构以减少面积和延迟。提出了信号多重备份的方法,解决信号广播带来的大的负载和线长问题。数据通路的设计采用一种基于多选器的动态重构方法,其模乘法器可以执行一个1024位的模乘幂运算,也可以并行执行2个512位的模乘幂运算,从而支持基于中国剩余定理的加速策略。

基于FPGA的祖冲之算法硬件实现

为在现场可编程门阵列(FPGA)平台上更高效地实现祖冲之算法,提出一种新的硬件实现方法。利用祖冲之算法的迭代特性、并行特性以及模加的性质,减少加法器的使用数量,包括使用资源占用少、延时少的简单加法器替代资源占用多、延时长的进位保留加法器以及mod(231-1)加法器,实现祖冲之算法关键路径中多次mod(231-1)加法运算。使用QuartusⅡ与ISE软件进行了仿真验证,结果表明,该方法在芯片资源占用仅为305个slice的情况下达到了5.322 Gb/s的吞吐量,与目前已有的最优实现方法相比,芯片资源占用减少了近23%,单位面积的吞吐量提高了25.9%,可以在减少芯片硬件资源占用的同时快速实现ZUC算法。

基于Montgomery的RSA高速低成本实现

给出一种支持多种位数RSA算法加密芯片的完整设计方案。采用改进的Montgomery模乘算法和LR模幂算法,根据大数运算的特点和降低资源消耗的需要改进主要运算电路的结构,并采用全定制IC的设计流程进行实现。实验结果表明,该方案结构简单,节省了面积,且能达到较高的性能。

一种基于Dadda树的乘法器设计

在基带信号处理芯片中,面积和速度是两个关键的指标.文中在改进的booth算法基础上,采用了Dadda树压缩算法,通过对压缩器基本单元的改进,同时对符号位和尾部零填充进行优化设计;不仅保持了Wallace树结构的并行计算优势,而且面积上也得到了很大的改善;同时相对于Wallace树结构的规则结构也更利于版图设计.压缩结果采用了多层CLA块技术,使得乘法器的速度得到进一步的提高.在0.13μm的SMIC八层金属CMOS工艺下,DC(Design Compiler)综合结果表明,芯片面积为20633.59μm2,最大延迟仅为3.00ns.

RSA算法硬件实现的几个关键技术

介绍了RSA算法硬件实现的关键技术的基本思想。通过这些技术,可以极大增加算法的运行效率。

基于现场可编程门阵列的高斯滤波算法优化实现

针对传统高斯滤波算法硬件设计方法中关键路径较长、逻辑延时较大的问题,提出加数压缩的硬件优化实现方法.在高斯滤波算法优化实现过程中,采用移位操作来实现乘法与除法计算,避免使用乘法器与除法器.并引入保留进位加法器(CSA)、基于多路选择器(MUX)的4-2压缩器、加数压缩的树型结构,对9个加数进行3个层次的压缩.经过优化后,只需1个全加器便可得求和结果.结果表明,经过加数压缩设计可以达到缩短关键路径、减少逻辑延时的目标,使逻辑延时缩小32.48%,同时还极大节省所需加法器宏单元数,为后续图像处理模块提供更大的设计自由度.

一种新型的基于Montgomery的模幂器结构

大数模乘是许多公钥密码体制的核心运算,也是运算效率提高的瓶颈。基于Montgomery模乘算法,该文提出了一种改进的快速模乘及其模幂算法,由于采用了新的booth编码,算法的循环次数减少近一半,因此性能提高近一倍。模幂器采用新型的保留进位加法器(CSA)树,此结构无须对每次模乘的结果求和。实验表明,在97MHz时钟频率下,1 024-bit模幂器的波特率为184Kb/s,适合于设计高速的公钥密码协处理器。

一种RISC微处理器的快速乘除法运算设计与实现

定点尾数乘除法器是相应32位浮点运算的核心部件,针对工控应用,本文采用半定制方法完成了设计并且采用TSMC0.18微米工艺实现.乘法器采用基4Booth编码,通过对符号位、隐含位的处理减少了部分积的生成,并在Wallace树求和过程中,引入4:2压缩器,加快了求和速度.除法器采用改进的SRT算法,引入商位猜测、部分余并行计算、商位修正值选择电路.乘除法器均采用了进位保留加法器提高运算速度.后端物理实现表明,乘除法器的频率分别可到227MHz,305MHz,整体设计具有简洁、快速、计算准确的特征.

一种高速DSP中延迟优化的乘累加单元的设计与实现(英文)

乘累加单元是任何数字信号处理器(DSP)数据通路中的一个关键部分.多年来,硬件工程师们一直倾注于其优化与改进.本文描述了一种速度优化的乘累加单元的设计与实现.本文的乘累加单元是为一种高速VLIW结构的DSP核设计,能够进行16×16+40的无符号和带符号的二进制补码操作.在关键路径延迟上,本文的乘累加单元比其他任何使用相同或不同算数技术实现的乘累加单元都更优.本文的乘累加单元已成功使用于synopsys的工具,并与synopsys的Design Ware库中相同位宽的乘累加单元比较.比较结果表明,本文的乘累加单元比Design Ware库中的任何其他实现都要快,适合于在需要高吞吐率的DSP核中使用.注意:比较是在Design compiler中使用相同属性和开关下进行的.

全流水架构MD5算法在拟态计算机上的实现及改进

MD5算法在网络安全方面具有十分重要的意义和广泛的应用.在硬件平台实现MD5算法时,时钟频率和数据吞吐量是衡量算法性能的两个重要因素.为了提高算法的时钟频率和吞吐量,使效率最大化,本文以拟态计算机为实验平台,在MD5算法循环迭代过程中建立相应寄存器组模块负责传值,配合流水线实现全流水架构的MD5算法.同时在全流水基础上加入双端口RAM负责输入端的读写,并采用保留进位加法器对算法优化改进.实验结果表明,算法的时钟频率和数据吞吐量分别达到241.6MHz和123.7Gbps,性能相比较其他平台有显著提高,且能效比比通用服务器提高了63倍.

改进部分积压缩结构的快速乘法器

针对16位乘法器运算速度慢、硬件逻辑资源消耗大的问题,采用华莱士树压缩结构,通过对二阶布思算法、4-2压缩器和保留进位加法器的优化组合使用及对符号数采用合理的添、补、删策略,实现16位符号数快速乘法器的优化设计。该乘法器采用SMIC 0.18μm工艺标准数字单元库,使用Synopsys Design Compiler综合实现,在1.8 V,25℃条件下,芯片最大路径延时为3.16 ns,内核面积为50 452.75μm2,功耗为5.17 mW。