Υλοποίηση Ενοποιημένου Διπλού Πολλαπλασιαστή-αθροιστή Για Την Επιτάχυνση Dsp Αλγορίθμων

Abstract

Πολλές εφαρμογές υψηλών προδιαγραφών σήμερα επιτάσσουν την αποδοτική υλοποίηση αλγορίθμων Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήματος (ΨΕΣ). Η ανάπτυξη καινοτόμων hardware αρχιτεκτονικών που αποσκοπούν στην επιτάχυνση της εκτέλεσης τέτοιων αλγορίθμων έχει αποδειχθεί πως είναι αποδοτική όσον αφορά την επιφάνεια και την κατανάλωση ισχύος. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής, προτείνεται μια νέα αρχιτεκτονική, ειδικά σχεδιασμένη για την επιτάχυνση της απεικόνισης αλγορίθμων ΨΕΣ και άλλων υπολογιστικά έντονων εφαρμογών. Ως βασικά επεξεργαστικά στοιχεία της αρχιτεκτονικής αυτής, εισάγονται δύο ξεχωριστές μονάδες, ο Ενοποιημένος Διπλός Πολλαπλασιαστής-Αθροιστής (UDMA), και μια τροποποιημένη εκδοχή αυτού που χρησιμοποιεί διοχέτευση δυο επιπέδων. Αυτές οι μονάδες αποτελούν ευέλικτα αριθμητικά κυκλώματα, βέλτιστα σχεδιασμένα ώστε να μειωθεί η κρίσιμη καθυστέρηση, τα οποία δύνανται να επεξεργαστούν δεδομένα εσωτερικά σε αναπαράσταση Σωσίματος-Κρατουμένου ενώ οι είσοδοι/έξοδοι είναι σε δυαδική μορφή 16-bit.Η μονάδα UDMA μπορεί να εκτελέσει οποιοδήποτε υποσύνολο πράξεων από την ακολουθία A_1x(X_1±Y_1 )+A_2x(X_2±Y_2 )+B_1+B_2 σε ένα κύκλο εκτέλεσης. Για την περίπτωση της διοχέτευσης, απαιτούνται δύο κύκλοι, ωστόσο αυξάνεται ο ρυθμός διεκπεραίωσης του κυκλώματος. Οι συγκεκριμένες πράξεις, που απαρτίζονται κυρίως από πολλαπλασιασμούς και προσθαφαιρέσεις, είναι ιδιαίτερα κοινές στους αλγόριθμους ΨΕΣ. Συνεπώς, η κατάλληλη ομαδοποίηση της εκτέλεσης των πράξεων αυτών μπορεί να οδηγήσει στην επιτάχυνση της απεικόνισης πυρήνων ΨΕΣ.Η αρχιτεκτονική που βασίζεται στην UDMA διαφοροποιείται από τις έως τώρα προτεινόμενες στο ότι επιχειρεί την βελτιστοποίηση της σχεδίασης τόσο στο αρχιτεκτονικό όσο και στο αριθμητικό επίπεδο του κυκλώματος και επωφελείται της αποδοτικής ενοποίησης δύο πολλαπλασιαστών, που είναι και το κεντρικό σημείο της σχεδίασης της UDMA. Η αρχιτεκτονική τελικά αποτιμάται μέσω της σύγκρισης όσον αφορά την κρίσιμη καθυστέρηση, την επιφάνεια και την κατανάλωση ισχύος με την ιδιαίτερα αποδοτική αρχιτεκτονική που βασίζεται στην μονάδα FCU.