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。     

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。     

高性能64位并行前缀加法器全定制设计

基于64位基4的Kogge - Stone树算法原理,采用多米诺动态逻辑、时钟延迟多米诺和传输管逻辑等技术来设计和优化并行前缀加法器的结构,达到减少了加法器各级门的延迟时间目的.为实现版图面积小、性能好,采用启发式欧拉路径算法来确定块进位产生信号电路结构,采用多输出多米诺逻辑来优化块进位传播信号,采用6管传输管逻辑的半...     

Radix-8复数除法器的设计与实现

设计了一种高性能、低功耗的Radix-8时序复数除法器.该复数除法器采用了逐位递归算法和操作数预变换技术,并在传统结构的基础上,选用冗余形式保留预校正变量,节省了超长进位加法器的使用,缩短了关键路径的延时.设计还通过实部和虚部商位的合并以及基于6输入查找表结构的硬件优化,提高了乘加逻辑单元的资源利用率.Stratix-Ⅱ型现场可编程逻辑器件仿真验证表明,与使用超长进位加法器的传统结构相比,所设计的复数除法器的速度提高了44%,硬件资源减少了31%.     

Radix-16 Booth流水线乘法器的设计

设计了一种新颖的32×32位高速流水线乘法器结构.该结构所采用的新型Radix-16 Booth算法吸取了冗余Booth编码与改进Booth编码的优点,能简单、快速地产生复杂倍数.设计完成的乘法器只产生9个部分积,有效降低了部分积压缩阵列的规模与延时.通过对5级流水线关键路径中压缩阵列和64位超前进位(CLA)加法器的优化设计,减少了乘法器的延时和面积.经现场可编程逻辑器件仿真验证表明,与采用Radix-8 Booth算法的乘法器相比,该乘法器速度提高了11%,硬件资源减少了3%.     

基于多值逻辑的8位条件和加法器

针对改善算术VLSI系统的性能,提出了一种基于四值逻辑的加法器设计.采用源极耦合动态多值电流模电路,利用条件和算法,设计实现了基于四值逻辑的8-bit加法器.利用HSPICE软件,在0.18μm CMOS工艺下,电源电压为1.8V,时钟频率为100MHz的条件下,进行了仿真.仿真结果表明,所设计的加法器平均功耗为2.8mW,高位和的平均延迟为0.689ns,高位进位的平均延时是0.452ns,所用晶体管数是636.     

基于NEDA的最佳分组算法

新分布式算法(NEDA)是只使用加法运算完成乘加计算(MAC),它在面积和功耗方面的优越性是通过消去系数冗余使硬件面积大幅下降体现出来的.本文提出的最佳分组算法就是一种快速有效的去除系数冗余的方法,它是针对NEDA结构中的加法器矩阵(AM),通过对所有AM分组查找出现次数得出可复用的最佳位置来快速有效的去除AM冗余.研究表明,该算法能利用程序快速有效地去除NEDA结构的DCT和FFT的AM冗余,大幅降低硬件面积,并且它对于NEDA结构的数字信号处理硬件设计都广泛适用,使相应的硬件设计效率大幅提高.     

SMS4算法串行化设计及其轻量级电路实现

通过数据通路共享以及核心功能模块的串行化设计对SMS4算法进行了优化,设计实现了小面积低成本的SMS4算法.该算法能广泛应用于智能卡、物联网等领域.为了实现小面积低成本的SMS4算法,采用串行的设计方式,对核心模块进行分时复用,并共享加密和密钥扩展的数据通路;同时,采用电路实时产生常数的方法来进一步减小电路面积,8bit的数据通路中只包含8个D触发器和一个和常数加7的电路,只占用66个等效门(GE).在ASIC实现上,设计的SMS4电路占用3 824GE,除去密钥扩展模块为2 493GE,与已有结果比面积减小18.52%;在FPGA实现上,设计的SMS4占用逻辑资源只有现有结果的20%~40%.     

专用进位链优化设计

作者提出了一种适合FPGA高效运算的专用进位链结构。基于应用范围方面的考虑,作者先对典型的行波进位做了一定的改进,目的是增强逻辑模块的功能实现能力和提高运算速度。提出进位链设计的策略,设计一种基于高效加法器像选择进位、超前进位的进位新结构。结果表明这种优化提高了芯片的运算速度,同时比现有的结构要快2倍左右。     

基于图形处理器的锥束CT快速迭代重建算法

提出了一种基于图形处理器实现的锥束CT图像迭代重建算法.该算法将三维纹理作为被重建物体的离散模型,基于射线投射方法实现了锥束CT的正投影计算;通过反向逐层映射到三维纹理实现了反投影计算;采用多纹理融合等技术完成了图像校正和投影校正.与经典的TMA-SART算法比较,作者算法运算速度快,占用显存少,支持全浮点精度运算,且易于在算法中添加先验知识和约束条件.通过对Shepp-Logan模型的图像迭代重建实验,验证了该算法的优势.     

格密码关键运算模块的硬件实现优化与评估

为提高格密码在实际应用中的运算效率, 提出一种格密码中多项式乘法运算的优化实现技术。该技术采用乒乓结构存储多项式系数, 用以提升存取带宽, 通过消除预缩放运算, 减少10.5%的模乘运算和16.7%的存储空间占用, 采用移位寄存器和三输入加法器的结构, 有效地减少逻辑资源占用。同时, 设计具有可选层级的流水线结构, 使多项式乘法中的蝶形运算模块可以满足不同密码硬件系统的时序要求。评估结果表明, 采用优化技术的低面积、均衡型和高性能实现的蝶形运算模块最大工作频率分别可达到150, 250和350 MHz以上。与现有实现技术相比, 优化的多项式乘法硬件实现能够以更小的电路面积实现更高的工作频率, 使电路效率提升22.8%。     

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32 960,吞吐率为11.3 px/时钟周期.     

三值光学计算机的40位乘法例程

针对三值光学计算机的特点, 利用其运算器可重构、数据位数众多、MSD 加法器无进位延时等优点, 设计并实现了一种用于三值光学计算机的40 位乘法例程. 该例程采用三值光学计算机中通用的MSD数表示数值, 通过三值逻辑中的M变换产生部分积, 再运用两两相加迭代的计算方法对部分积进行了MSD加法求和, 得到乘积, 其中M变换采用了一种比较特殊的快速变换实现方案, 而部分积的MSD 加法求和则采用流水技术来实现. 详细给出了这个乘法例程的具体实现步骤和模拟实验细节, 并与电子计算机中类似的乘法器做了运算复杂度对比分析.     

一款高吞吐率RSA密码处理器的设计

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1 024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.     

并行逻辑语言PARLOG顺序编译系统的设计

ＰＡＲＬＯＧ语言是一种适合于并行逻辑程序设计的语言，广泛应用于人工智能及并行处理等领域。从 ＰＡＲＬＯＧ的语义描述出发．结合与／或树计算模型及进程调度算法．介绍了 ＳＵＮ工作站上设计实现的一个实用的并行逻辑设计环境——ＰＡＲＬＯＧ顺序编译系统（ＰＳＣＳ）。该系统采用中间抽象机结构．以Ｃ语言为目标语言，不仅具有高效率的执行代码．而且易于移植。     

基于半动态电路的32位高性能加法器设计

描述了一种采用半动态电路的32位高性能加法器的设计.设计中改进了现有稀疏树结构中的输出进位逻辑,在此基础上,设计了一种容偏斜多米诺和静态电路相结合的半动态电路,以及相应的多个控制时钟的时序策略.根据几种不同的加法器负载驱动情况,分别设计出不同的电路尺寸.采用SMIC 1.8V0.18μm CMOS工艺,在不同条件下的仿真结果表明,加法器电路取得了良好的性能.     

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。     

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。     

32位并行浮点乘法器设计

讨论了32位浮点乘法器的设计,算法采取了二阶Booth算法;部分积产生阵列采用了由反极性CSA加法器组成的IA与wallace树折衷方法;最后给出了设计结果与验证.