多位快速加法器的设计

加法运算在计算机中是最基本的,也是最重要的运算。传统的快速加法器是使用超前进位加法器,但其存在着电路不规整,需要长线驱动等缺点。文章提出了采用二叉树法设计加法器的方法,用该方法实现的加法器,具有电路规整、易于扩展及速度快等优点。     

基于FPGA的流水线珠算加法器设计

在图像处理、数字信号处理等领域需要用到大量加法运算,加法器运算性能对整个系统影响重大。根据操作模型原理,采用珠算算法设计了一个流水结构的并行高速硬件加法器,并在Xilinx Virtex-II的FPGA上实现了设计方案。在FPGA上集成8个处理单元完成并行计算,处理单元运用流水线结构,提高运算频率,并采用数据调度模块解决流水线上“数据相关”问题。仿真结果表明,32位珠算加法器平均运算仅需0.712ns,其速度是32位串行加法器的8.771倍,是32位并行加法器的1.588倍。这对于进一步优化实现硬件乘法器,甚至最终实现硬件除法器提供了研究空间。     

基于新型融合加法器的随机DFT算法设计

针对目前随机运算结构在多级运算的过程中,运算精度损失严重的问题,提出一种全新的融合随机加法运算结构,并通过一种新的数学分析方法:超几何分解来对此结构进行原理分析,证明了这种加法结构比传统加法结构具有更高的运算精度。 采用融合加法器完成了一种随机离散傅里叶变换算法的架构设计,成功将随机运算的多种优点引入到离散傅里叶变换（DFT）处理领域,并在应用中证明了新型融合随机加法器的有效性。      

并行加法器的研究与设计

首先介绍了常用并行加法器的设计方法,并在此基础上采用带进位强度的跳跃进位算法,通过逻辑综合和布局布线设计出了一个加法器。分析和比较表明,该加法器不仅速度快于超前进位加法器,而且面积和功耗均小于超前进位加法器。     

并行加法器的研究与设计

首先介绍了常用并行加法器的设计方法，并在此基础上采用带进位强度的跳跃进位算法，通过逻辑综合和布局布线设计出了一个加法器。分析和比较表明，该加法器不仅速度快于超前进位加法器，而且面积和功耗均小于超前进位加法器。     

基于SABL的抗DPA攻击可重构加法器设计

差分功耗分析(Differential Power Analysis,DPA)通过分析密码器件处理不同数据时的功耗差异来盗取密钥。运用具有功耗独立特性的灵敏放大型逻辑(Sense Amplifier Based Logic,SABL)设计密码器件可以有效防御DPA攻击。通过对SABL电路与传统加法器原理的研究,提出了一种能够抗DPA攻击的可重构加法器设计方案。首先,结合SABL电路特点得到具有抗DPA攻击性能的加法器电路;然后利用控制进位方式构成可重构加法器,支持4个8位数据或2个16位数据的加法运算。Spectre模拟验证表明,该加法器逻辑功能正确,与传统加法器相比功耗独立性能提升了97%,防御DPA攻击性能明显。     

JPEG编码器的设计与VLSI实现

随着图片和视频的信息量变得越来越大,对这些信息进行压缩和存储十分必要,设计了一种高性能的联合图像专家组(JPEG)图像编码器。首先,采用Verilog HDL语言对JPEG中二维离散余弦变换(DCT)、量化以及熵编码等关键模块进行了建模,并对各个模块分别进行了仿真和验证,通过比较MATLAB和Modelsim的仿真结果验证所设计功能模块的正确性;在此基础上,完成了JPEG编码器的整体设计,并选取标准测试图片对其进行功能验证,通过比较原始图片和重建JPEG图像得到PSNR值,验证结果表明所设计的JPEG编码器满足应用需求;最后,对JPEG编码器进行了超大规模集成电路(VLSI)硬件实现,在SMIC180 nm工艺下,用Synopsys Design Compiler对设计进行综合,用Cadence SOCEncounter对综合后的门级网表进行布局布线,物理实现结果如下:工作在100 MHz下,芯片的功耗为460 mW,最终布局布线之后的面积为10.7 mm~2。所设计的编码器可以作为IP核应用于其他图像或者视频处理芯片之中。     

图像边缘检测电路的FPGA设计

本文实现了基于FPGA的SOBEL算子图像边缘检测电路的设计。利用FPGA的流水线结构和并行阵列结构,由时序电路流水线读取数据,利用单行缓存并行输出产生SOBEL算子所需的3×3窗口数据,用加法运算替代乘法运算,实现SOBEL算子图像边缘检测系统的FPGA硬件电路构建。     

实时可重配置FFT处理器的ASIC设计

设计一种能够完成4,16,64,256或1 024点复数快速傅里叶变换(FFT)处理器芯片.16,64点运算采用基-4级联流水线结构,256,1 024点采用二维运算结构,数据采用块浮点表示.使用Synopsys公司的综合及布局布线工具在SMIC CMOS 0.18 μm工艺上进行ASIC实现.该处理器芯片在100 MHz时钟频率连续工作时,处理一组1 024点FFT序列需要24.8 μs,每隔10.24 μs输出一组1 024点运算结果.该处理器芯片已应用于某宽带数字接收机中.     

直接与亚直接逻辑原理在极高速运算中的应用

首次提出了一类新的运算原理,"直接判定逻辑(电路)",用以获得高速计算的最佳性能.以这种新原理构造的基本运算单元使用无进位链逻辑电路,以减少其传送延迟.用二进位加法器和乘法器的例子来说明这个原理.这些例子显示了"直接判定逻辑"与典型的常规方法之间的比较.用这些新结构设计的电路可以结合到ASlC系统中,也可以作为通用运算单元,分析呈现出其实际应用的潜力.我们下一步目标是用ASIC硬件实现一些典型的电路单元.我们期望能表征器件的性能,并论证用CMOS实现的可行性.     

16位超前进位加法器的设计

电子计算机是由具有各种逻辑功能的逻辑部件组成的,加法器就属于其中的组合逻辑电路。如果对传统的加法器电路进行改进,在超前进位链的基础上,用一种新的超前进位链树的设计方法不仅可以克服串行进位加法器速度低的缺点,也可以解决单纯的超前进位加法器带负载能力不足等问题,从而在实际电路中使加法器的运算速度达到最优。根据这种理论,可以推导得到最优的任意位加法器。     

量子乘法器的设计及其实现方法

乘法器在数字信号处理和数字通信领域应用广泛,如何实现快速高效的乘法器关系着整个系统的运算速度。提出了一种新颖的量子乘法器设计方法,利用量子门设计一位量子全加器,并将n个一位量子全加器叠加在一起设计n位量子全加器,实现2个n位二进制数的加和;再利用2个控制非门设计置零电路,并使用置零电路设计量子右移算子;对二进制数乘法步骤进行改进,利用量子全加器和量子右移算子设计量子乘法器,同时设计实现此乘法器的量子线路。时间复杂度分析结果表明,本方法与目前最高效的量子乘法器具有相同的时间复杂度,并具有更简洁的实现方法。     

4个加数的并行加法器及扩展接口的研究

算术逻辑运算单元(ALU)决定着中央处理器(CPU)的性能,而加法器又决定着ALU的性能.为了提高CPU的性能,文章提出了一种4个加数的并行加法器及其接口扩展的研究方案,论述了所提新型加法器的工作原理和过程,同时描述了接口扩充思想;最后,采用MAX+PLUSⅡ对设计电路进行了模拟验证,实验结果说明了所提加法器的设计合理性.     

一种新的全加器设计方案

加法器几乎在各种电路中都有着广泛的应用,提出了一种新的全加器结构,并相对于传统全加器,从面积和速度两方面论述了这种新结构的优点。最后给出一个应用例子。     

基于FPGA的高速浮点加法器的实现

为降低设计成本、缩短设计周期、提高可移植性,设计并实现了基于CycloneIII型FPGA单精度32位浮点加法器。该加法器采用VHDL语言描述,流水线结构,符合IEEE754单精度浮点表示格式和存储格式。经过QuartusII、MATLAB和Model-SimSE进行联合仿真结果表明,系统的运行精度可以达到10-8数量级,同时该设计可参数化、可作为独立的子系统应用于其他数字信号处理领域。     

用进位存储加法器快速实现串行乘除法和平方根计算

为适应嵌入式低功耗微处理器的应用，提出了可同时实现浮点乘除法和平方根计算宏模块（MDS）的同步串行实现方式。乘法计算采用Booth算法迭代，除法与平方根计算的实现采用基4SRT算法，在迭代中共用商位查询表，可同步实现部分冗余结果向非冗余二进制的转换。为加快迭代的速度，摒弃了进位传递加法器（CPA），而采用进位存储加法器（CSA）来实现迭代中的加法运算。宏模块设计控制逻辑简单，资源面积占用少，迭代时间短，经可编程逻辑器件验证，速度可提高1倍以上。在此基础上，提出了对除法和平方根计算异步自定时实现方式的改进方案，该实现方式不仅易于版图布线，而且大大降低了瞬态功耗。     

A 5.3-GHz 32-bit accumulator designed for direct digital frequency synthesizer

A 32-bit pipeline accumulator with carry ripple topology is implemented for direct digital frequency synthesizer.To increase the throughout while hold down the area and power consumption,a method to reduce the number of the pre-skewing registers is proposed.The number is reduced to 29% of a conventional pipeline accumulator.The propagation delay versus bias current of the adder circuit with different size transistors is investigated.We analyze the delay by employing the open circuit time constant method.Compared to the simulation results,the maximum error is less than 8%.A method to optimum the design of the adder based on the propagation delay is discussed.The clock traces for the 32-bit adder are heavily loaded,as there are 40 registers being connected to them.Moreover,the differential clock traces,which are much longer than the critical length,should be treated as transmission lines.Thus a clock distribution method and a termination scheme are proposed to get high quality and low skew clock signals.A multiple-type termination scheme is proposed to match the transmission line impedance.The 32-bit accumulator was measured to work functionally at 5.3 GHz.     

一种新型单电子-MOS晶体管混合的半加器电路

基于单电子晶体管的I-V特性和MOS晶体管的逻辑电路设计思想,提出了1个单电子晶体管和MOS晶体管混合的反相器电路,进而推导出其它基本逻辑门电路,并最终实现了一个半加器电路。通过比较单电子晶体管和MOS晶体管两者的混合与纯CMOS晶体管实现的半加器电路,元器件数目得到了减少,电路结构得到简化,且电路的静态功耗降低。SPICE验证了电路设计的正确性。