基于改进的Booth编码和Wallace树的乘法器优化设计

针对当前乘法器设计难于兼顾路径延时和版图面积的问题,设计一种新型的32位有符号数乘法器结构。其特点是:采用改进的Booth编码,生成排列规则的部分积阵列,所产生的电路相比于传统的方法减小了延时与面积;采用由改进的4-2压缩器和3-2压缩器相结合的新型Wallace树压缩结构,将17个部分积压缩为2个部分积只需经过10级异或门延时,有效地提高了乘法运算的速度。设计使用FPGA开发板进行测试,并采用基于SMIC 0.18μm的标准单元工艺进行综合,综合结果显示芯片面积为0.1127 mm^2,关键路径延时为3.4 ns。实验结果表明,改进后的乘法器既减少了关键路径延时,又缩小了版图面积。

基于跳跃式Wallace树的低功耗32位乘法器

为了提高乘法器的综合性能,从3个方面对乘法器进行了优化设计。采用改进的Booth算法生成各个部分积,利用跳跃式Wallace树结构进行部分积压缩,通过改进的LING加法器对压缩结果进行求和。在FPGA上进行验证与测试,并在0.18μm SMIC工艺下进行逻辑综合及布局布线。结果表明,与采用传统Wallace树结构的乘法器相比,该乘法器的延时减少了29%,面积减少了17%,功耗降低了38%,能够满足高性能的处理要求。

一种基于Wallace树的分散式DCT/IDCT体系结构

提出了一种新的基于Wallace树的分散式DCT/IDCT体系结构。它不依赖于ROM和乘法器,用面积开销低的加法器、移位器和4-2压缩器,实现了乘法密集的DCT/IDCT算法。该体系结构在SMIC 0.18μm工艺上进行了设计和综合,可以达到100Mpixels/s的吞吐率,只消耗了36 141个晶体管和1024bits转换存储器,时序—面积性能较已有的体系结构有了显著的改善。

一种改进的Wallace树型乘法器的设计

本文针对典型32位乘法,对Booth算法产生的部分积重新合理分组,采用CSA和4-2压缩器的混合电路结构,对传统的Wallace树型乘法器进行改进,提出一种高速的树型乘法器结构。该结构与传统Wallace树型乘法器相比,具有更小的延时、更规整的布局和更规则的布线,使其易于VLSI实现。

一种自动生成Wallace树形乘法器Verilog源代码方法

乘法器是计算机系统中央处理单元、数字信号处理器、浮点运算器等数字系统的基本部件,Wallace树型乘法器是一种广泛采用的高速乘法器设计方案。在使用Verlog语言设计乘法器的过程中,由于Wallace树型乘法器的中间项目多,在源代码的输入过程中容易产生输入错误。随着乘法器的输入位数增加,Verilog源代码的数量会急剧增加,因此采用手工输入Verilog源代码的方法效率不高。在一些具体的设计项目中,需要实现操作数数据位数不同的Wallace树型乘法器。针对Wallace树型乘法器的Verilog源代码设计提出改进,设计了一个自动生成Verilog代码的应用程序,可自动生成8×8、24×24、24×26、24×28、26×24和26×26位Wallace树型乘法器,采用仿真软件对生成的Verilog代码进行了测试,解决了人工输入Verilog代码时容易出错的问题,提高了设计效率。

一种高压缩Wallace树的快速乘法器设计

介绍了一种32位有符号/无符号乘法器.该乘法器采用改进的Booth编码减少了部分积个数,并通过符号扩展的优化,减少中间资源消耗,对部分积进行统一的符号操作,简化了程序设计的复杂性.采用了7:2压缩结构的Wallace树及64位Brent Kung树结构超前进位加法器,有效地提高了乘法器计算速度.整个设计采用Verilog语言编写,通过Modelsim仿真验证设计功能的正确性.采用Synopsys的Design Compiler进行基于SMIC的0.18微米标准库的综合并得到性能参数.

一种wallace树压缩器硬件结构的实现

设计了一种用于32位浮点乘法器尾数乘部分的wallace树压缩器的硬件结构实现方法,通过3-2和4-2压缩的混合搭配,构成一种新的wallace树压缩器,采用verilog硬件描述语言实现RTL级代码的编写,并使用VCS进行功能仿真,然后在SMIC0.13μm的工艺下,用synopsys DC进行逻辑综合、优化。结果表明,这种压缩器在部分积的压缩过程中,有效地提高了运算速度,并在很大程度上减小了硬件实现面积。

一种3级流水线wallace树压缩器的硬件设计

本文提出了一种针对32位浮点乘法运算的三级流水线wallace树压缩器。首先设计出4-2和3-2压缩器,然后由其构成wallace树结构的压缩器,在部分积整个压缩过程中,采用三级流水线,大大提高了浮点运算中尾数处理的速度。该压缩器采用了模块化设计,并用VHDL进行了描述,使用了modelsimXEII5.6a仿真软件进行了波形仿真,并用synplify/synplifypro综合工具比较了由两种不同4-2压缩单元所构成的wallace树压缩器的综合结果,选出最佳的一种。此压缩器已作为一个压缩模块,用在32位浮点乘法器的软核设计中,得到了很好的结果。

一种基于改进基4 Booth算法和Wallace树结构的乘法器设计

以实现25×18位带符号快速数字乘法器为目标,采用改进的基4Booth算法以3位编码产生部分积,优化最低位产生电路,使用统一的操作扩展各部分积符号位,相比于传统方法提高了阵列规则性、节省了芯片面积;用传输门构成基本压缩器,并在此基础上优化实现高阶压缩器,进而组成一个Wallace树结构,同时将9组部分积压缩为2组,使电路仅需3级压缩、关键路径延迟时间为8个异或门延迟,有效地提高了压缩效率和降低了关键路径延迟时间。采用GF28nmCMOS工艺,以全定制流程设计,版图面积为0.0112mm^2,仿真环境标准电压1.0V、温度25℃、最高工作时钟频率1.0GHz,系统的功耗频率比为3.52mW/GHz,关键路径延时为636ps,组合逻辑路径旁路寄存器的绝对延时为1.67ns。

采用Wallace树优化的分像素运动估计插值滤波算法

提出一种基于Wallace树优化的HEVC/H.265分像素插值滤波算法的实现方案.模块采用按行流水插值架构,通过Wallace树压缩器对插值过程中的各项进行压缩,仅在最终输出结果时使用加法器.该算法不仅减少了硬件面积,而且提高了模块可工作的最高频率.将所提算法在硬件上进行验证,硬件设计以Verilog HDL语言描述,以8 px×8 px大小PU为最小插值单元,使用Modelsim进行功能仿真验证,在Synopsys Design Compiler中以SAED(Synopsys Armenia education department)32 nm标准单元库进行综合,模块可达到的最高工作频率为636.9 MHz,逻辑门数为32960,吞吐率为11.3 px/时钟周期.

基于改进的混合压缩结构的Wallace树设计

文章针对典型的32位浮点乘法器,对Booth算法产生的部分积重新分组,采用CSA和4-2压缩器的混合电路结构,对传统的Wallace树型乘法器进行改进,并提出一种高速的树型乘法器阵列结构。该结构与传统的Wallace树型相比,具有更小的延时、更规整的布局布线,使其更易于VLSI实现。

一种高效16位有符号数乘法器设计

为了进一步优化乘法器的性能,提高乘法运算单元的运算速率,本文基于Radix 4 Booth算法和Wallace树压缩结构提出了一种改进的16位有符号数乘法器。其特点包括优化Radix 4 Booth编码方式,有效减小部分积选择电路的面积;改进部分积计算过程,通过优化取反加1的方法直接生成被乘数的相反数,同时采用经典的符号位补偿算法使得部分积阵列变得规整易压缩;提出一种新型42压缩器,采用单个全加器处理压缩器的中间进位,针对每行部分积不同的数据特征,细化处理了Wallace树压缩结构,提高了部分积的压缩效率。基于SMIC 180 nm标准单元库进行了综合与验证,结果表明本文所设计的乘法器关键路径延时为3.94 ns,面积为16246μm^(2),相比于现有的乘法器,本文乘法器的运算速率和综合性能都得到显著提升。

16*16位Wallace乘法器测试激励文件设计

课题首先要深入分析和掌握Wallace加法树的基本原理,Wallace树是对部分积规约,减小乘法器关键路径时延的一种算法。设计的思想是为了加快乘法器的运行速度并减少芯片面积开销,采用阵列累加原理实现乘法运算。本课题设计采用加法器阵列结构来完成部分积相加的,相加的研究和应用方法有多种,本课题基于Wallace加法树结构,并在Wallace加法树算法的基础上进行基于Wallace加法树的16位乘法器的Verilog设计与实现。功能验证通过后,采用Synopsys公司EDA综合工具Design Compiler进行设计综合。在此过程中,首先要对工具应用进行综合脚本文件的编写。然后采用脚本文件对RTL代码进行设计综合,得到门级网表与电路实现。

一种新的树型乘法器的设计

理论上Wallace树结构加法器是乘法器中完成部分积求和的最快的多操作数加法器 ,但其互连复杂难于实现 .针对 32位树型乘法器 ,在分析阵列结构的基础上 ,对部分积重新合理分组 ,并采用延迟平衡的 4 2压缩器电路结构 ,提出一种新的阵列组织结构 .该结构与现有其他结构相比具有AT2 最小的特点 ,比传统的Wallace树结构减少了约 18% ,并且布局规整 ,布线规则 ,易于VLSI实现 .

基于低功耗设计的改进型压缩树VLSI架构

本文基于并行乘法器中两种传统的部分积压缩树的电路架构的分析,运用分类压缩的观点,提出一种改进型低功耗压缩树的电路架构,给出了该方法的两种VLSI电路实现。经过地址分析表明,与传统的压缩电路相比,该两种改进型的电路结构的功耗分别降低了6%和19%。

面向RISC-V嵌入式处理器的浮点单元设计与移植

针对软件实现浮点运算的速度无法满足RISC-V嵌入式处理器浮点运算的需求,设计了一种由浮点加法器和浮点乘法器构成的浮点单元(FPU),其中浮点乘法器提出了新型的Wallace树压缩结构,提高了压缩速率。在“蜂鸟E203”处理器中,完成浮点指令的译码模块与派遣模块的设计,实现FPU模块的移植。基于Simc180 nm工艺,使用Sysnopsys公司的Design Compile、VCS工具对FPU进行功能验证和综合,仿真结果表明,浮点加法器的关键路径延时为10.17 ns,相比于串行浮点加法器延时缩短23%,浮点乘法器的压缩结构关键路径延时为0.27 ns,相比传统Wallace树压缩延时缩短10%,移植前后的FPU运算结果一致。

基于符号补偿的RISC-V处理器乘法器优化

针对高性能RISC-V处理器乘法运算延迟过长的问题,改进了基本乘法器中的基4-Booth编码以及Wallace树型结构,提出了基于符号补偿的基4-Booth编码以及交替使用3-2压缩器和4-2压缩器的Wallace树型结构;基于符号补偿的基4-Booth编码减少了部分积的数量,降低了符号位进位翻转带来的功耗;改进的Wallace树型结构减少了部分积累加所花费的时钟周期,缩短了乘法器的关键路径,降低了乘法指令的执行延迟;利用VCS仿真验证了改进的乘法器功能正确性,通过板级测试评估了其性能;结果表明,文章的乘法器功能正确,相较于PicoRV32,执行整型乘法指令所花费的时钟周期缩短了88.2%。Dhrystone分数提高了71.7%,功耗降低了4.9%。

一种高性能、低功耗乘法器的设计

基于标准单元方法设计并实现支持单指令流多数据流(SIMD)计算的16bit×8bit乘法器.分析乘法运算时延的分布,采用Wallace树形结构实现Booth乘法器,最终进位传递计算采用从左到右免除进位(LRCF)算法,使最高位(MSB)部分的进位传递计算与部分积相加运算的并行重叠进行,以提高乘法运算的并行度,降低硬件复杂度和功耗.在0.18μm工艺标准单元库的支持下,使用电子设计辅助(EDA)工具,版图实现了该乘法器.利用版图得到的线负载模型信息对门级网表进行分析,在工作电压为1.62V,125℃时,该乘法器速度为2.80ns,功耗为0.089mW/MHz.

32×32高速乘法器的设计与实现

设计并实现了一种32×32高速乘法器.本设计通过改进的基4Booth编码产生部分积,用一种改进的Wallace树结构压缩部分积,同时采用一种防止符号扩展的技术有效地减小了压缩结构的面积.整个设计采用Ver-ilog HDL进行了结构级描述,用SIMC0.18μm标准单元库进行逻辑综合.时间延迟为4.34ns,系统时钟频率可达230MHz.

一种并行乘法器的设计与实现

根据补码的特点对Booth2算法进行了改进 ,在得到部分积的基础上 ,采用平衡的 4 2压缩器构成的Wallace树对部分积求和 ,再用专门的加法器对Wallace产生的结果进行求和得到最终结果。用Verilog硬件语言进行功能描述 ,并用Design_analyzer对其进行综合 ,得出用这种改进Booth2算法实现的乘法器比传统的CSA阵列乘法器速度快。