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【分享】 如何对蜂鸟e203内核乘除法器进行优化

发表于 全国大学生集成电路创新创业大赛 2023-05-23 19:16:13
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组别:CICC3327

蜂鸟E203是一款基于RISC-V指令集的多核处理器,内置了乘法和除法运算单元,这些运算单元的性能直接影响到整个处理器的性能表现。因此,优化乘除法器是提高整个处理器性能的重要手段之一。

一、原理介绍

乘法器
蜂鸟E203乘法器采用了Booth算法(Booth Algorithm),该算法使用带符号位的二进制数来表示乘数,可以大大降低运算次数,从而提高乘法器的效率。乘法器主要由以下两部分组成:

Booth编码器:将待乘数转化为带符号位的二进制数进行计算。
Wallace树加速器:对Booth编码后的结果进行部分积的计算和累加操作。
除法器
蜂鸟E203采用了流水线式除法器,这种除法器通过将除数和被除数分成若干个部位,并在每个时钟周期内同时计算多个部位,实现了除法器的快速计算。具体而言,除法器主要由以下两部分组成:

流水线寄存器:用于保存除法器每个时钟周期内所需的数据和控制信息。
核心除法器:对每个流水线阶段中的数据进行部分商和余数的计算和累加操作。

二、优化方案

优化乘法器
为了提高蜂鸟E203的乘法器性能,可以采取以下几个优化方案:

采用更高效的算法:Booth算法虽然可以减少部分值的数量,但是需要进行多次移位操作,这会导致乘法器延迟增加。因此,可以考虑采用其他更高效的乘法算法,如Dadda算法等。
缩短数据通路:缩短各级数据通路可以有效减小数据传输延迟,并提高乘法器的时钟频率,从而加速乘法器的运算速度。
优化Wallace树结构:对Wallace树结构进行优化,如增加加法器、优化编码方式等,可以进一步提高乘法器的效率。
优化除法器
为了提高蜂鸟E203的除法器性能,可以采取以下几个优化方案:

针对流水线阶段的特点进行优化:在设计除法器流水线阶段时,可以针对每个阶段的计算特点进行优化,如适当增加流水线寄存器数量、缩短流水线阶段长度等,可以加速除法器的运算速度。
优化除法器控制逻辑:除法器控制逻辑设计合理与否直接影响到除法器的性能表现,因此可以优化除法器控制逻辑,如增加硬件控制逻辑、优化状态转移逻辑等,可以有效提高除法器的效率。
采用更高效的除法算法:流水线除法器可以运用各种不同算法来实现除法运算,例如:SRT,Newton-Raphson等。对于不同应用场景,需要选择最适合的算法,从而达到最优的处理器性能表现。

三、总结

蜂鸟E203内核乘除法器的优化是提高整个处理器性能的重要手段之一,本文介绍了乘法器和除法器的基本原理,以及针对乘除法器优化的方案,希望能够对读者有所帮助。同时,在实际应用中,需要根据具体应用场景和需求,进行针对性的优化。

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