一種具有高精度低復(fù)雜度特性的固定位寬乘法器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)設(shè)及一種具有高精度低復(fù)雜度特性的固 定位寬乘法器。
【背景技術(shù)】
[0002] 乘法器是信號(hào)處理領(lǐng)域中一種非常通用的數(shù)字單元模塊，廣泛運(yùn)用于快速傅里葉 變換，離散余弦變換和數(shù)字濾波器中。在數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用中，有些模塊要求輸入與輸出具 有相同的位寬，對(duì)于乘法運(yùn)算而言就需要用到固定位寬乘法器。固定位寬乘法器與普通乘 法器的區(qū)別在于結(jié)果的位數(shù)，二進(jìn)制乘法中，n位被乘數(shù)與n位乘數(shù)相乘得到一個(gè)化位的 乘積，固定位寬乘法器由于其位寬的限制，只保留高n位的結(jié)果，由此產(chǎn)生一定誤差。固定 位寬乘法器的硬件主要由兩部分組成，一是用于產(chǎn)生部分積，二是將運(yùn)些部分積進(jìn)行壓縮 求和，為了最大限度地降低固定位寬乘法器的硬件復(fù)雜度，一般只對(duì)直接產(chǎn)生高n位結(jié)果 的部分進(jìn)行計(jì)算，但同時(shí)考慮乘法運(yùn)算的精度，需要添加一個(gè)截?cái)嘌a(bǔ)償電路W補(bǔ)償舍去的 部分。
[0003] 目前較常見(jiàn)的兩種固定位寬乘法器，一種是直接截掉各個(gè)部分積低位后將保留的 高位部分直接相加，運(yùn)種實(shí)現(xiàn)方法硬件資源消耗最少，但是會(huì)產(chǎn)生很大的截?cái)嗾`差；另一種 是保留所有的部分積位數(shù)并進(jìn)行累加，然后將所得到的結(jié)果進(jìn)行四舍五入，保留高位部分。 運(yùn)種實(shí)現(xiàn)方法所得到的截?cái)嗾`差非常的小，但是硬件開(kāi)銷相當(dāng)于一個(gè)全精度的乘法器。因 此目前的固定位寬乘法器存在精度越高復(fù)雜度越高的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的，就是針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種具有高精度低復(fù)雜度特性的固 定位寬乘法器。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 一種具有高精度低復(fù)雜度特性的固定位寬乘法器，包括波茲編碼模塊、部分積產(chǎn) 生模塊、部分積預(yù)處理模塊、截?cái)嘌a(bǔ)償模塊、樹(shù)形壓縮模塊和二進(jìn)制加法器模塊；所述波茲 編碼模塊的輸入端接外部輸入數(shù)據(jù)，其輸出端接部分積產(chǎn)生模塊的第一輸入端和部分積預(yù) 處理模塊的第一輸入端；所述部分積產(chǎn)生模塊的第二輸入端接外部輸入數(shù)據(jù)，其輸出端接 部分積預(yù)處理模塊的第二輸入端、截?cái)嘌a(bǔ)償模塊的第一輸入端和樹(shù)形壓縮模塊的第一輸入 端；所述部分積預(yù)處理模塊的輸出端接截?cái)嘌a(bǔ)償模塊的第二輸入端和樹(shù)形壓縮模塊的第二 輸入端；所述截?cái)嘌a(bǔ)償模塊的輸出端接樹(shù)形壓縮模塊的第=輸入端；所述樹(shù)形壓縮模塊的 輸出端接加法器模塊的輸入端；所述加法器模塊的輸出端就是該固定位寬乘法器的最終結(jié) 果；
[0007] 所述波茲編碼模塊用于接收固定字長(zhǎng)的外部數(shù)據(jù)，所述外部數(shù)據(jù)為具有偶數(shù)個(gè)比 特的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，在其最后補(bǔ)上一位0并作為該二進(jìn)制數(shù)的第1位，分別根據(jù)二進(jìn)制數(shù)的每 個(gè)奇數(shù)位和該奇數(shù)位的前兩位，通過(guò)波茲編碼運(yùn)算得到該二進(jìn)制數(shù)每個(gè)奇數(shù)位對(duì)應(yīng)部分積 的編碼系數(shù)和補(bǔ)償位，如果該奇數(shù)位前面不足兩位，則不參與計(jì)算；并且該二進(jìn)制數(shù)從低位 到高位的第一個(gè)奇數(shù)位所對(duì)應(yīng)的部分積為第一個(gè)部分積，最后一個(gè)參加計(jì)算的奇數(shù)位所對(duì) 應(yīng)的部分積為最后一個(gè)部分積；
[0008] 所述部分積產(chǎn)生模塊接收每個(gè)部分積的波茲編碼系數(shù)和外部數(shù)據(jù)，分別根據(jù)每個(gè) 部分積的編碼系數(shù)，外部數(shù)據(jù)的每一位及該位數(shù)據(jù)的后一位，通過(guò)邏輯運(yùn)算得到部分積所 有位的值；
[0009] 所述部分積預(yù)處理模塊接收第一個(gè)部分積的高=位，最后一個(gè)部分積的最后一位 和最后一個(gè)部分積的補(bǔ)償位，進(jìn)行部分積的預(yù)處理運(yùn)算；
[0010] 所述截?cái)嘌a(bǔ)償模塊接收部分積產(chǎn)生模塊的數(shù)據(jù)和部分積預(yù)處理的結(jié)果，進(jìn)行補(bǔ)償 的估算；
[0011] 所述樹(shù)形壓縮模塊接收部分積產(chǎn)生模塊的數(shù)據(jù)，部分積預(yù)處理結(jié)果，截?cái)嘌a(bǔ)償模 塊的補(bǔ)償結(jié)果，用4-2壓縮器，全加器和半加器將運(yùn)些數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，最終得到兩行數(shù)據(jù)并 輸入到加法器模塊；
[0012] 所述加法器模塊接收樹(shù)形壓縮模塊的兩行數(shù)據(jù)，將其相加得到固定位寬乘法器的 結(jié)果。
[0013] 本發(fā)明的有益效果為，通過(guò)部分積預(yù)處理步驟，形成對(duì)截?cái)嗖糠址e的概率平均值 的精確補(bǔ)償，通過(guò)簡(jiǎn)單的硬件實(shí)現(xiàn)很高的補(bǔ)償精度，適用于計(jì)算精度要求較高，但硬件復(fù)雜 度要求較低的運(yùn)算場(chǎng)景。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明中提出的固定位寬乘法器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖2為部分積陣列的主要部分與截?cái)嗖糠纸Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖3為P是奇數(shù)時(shí)波茲編碼模塊邏輯電路圖；
[0017] 圖4為P是偶數(shù)時(shí)波茲編碼模塊邏輯電路圖；
[0018] 圖5為P是奇數(shù)時(shí)部分積產(chǎn)生模塊邏輯電路圖；
[0019] 圖6為P是偶數(shù)時(shí)部分積產(chǎn)生模塊邏輯電路圖；
[0020] 圖7為P是奇數(shù)時(shí)部分積預(yù)處理模塊邏輯電路圖；
[0021] 圖8為P是偶數(shù)時(shí)部分積預(yù)處理模塊邏輯電路圖；
[0022] 圖9為8位乘法器的截?cái)嘌a(bǔ)償模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖10為8位乘法器的樹(shù)形壓縮模塊和加法器模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 本發(fā)明通過(guò)部分積陣列預(yù)處理的方法調(diào)整截?cái)嗖糠址e的概率平均值大小，使其更 接近整數(shù)值，此時(shí)用整數(shù)來(lái)補(bǔ)償截?cái)嗖糠址e會(huì)有更高的精度；由于只是用整數(shù)來(lái)補(bǔ)償截?cái)?部分積，補(bǔ)償電路非常的簡(jiǎn)單，只需要消耗很少的硬件資源。
[00巧]如圖1所示，本固定位寬乘法器包含：波茲編碼模塊，部分積產(chǎn)生模塊、部分積預(yù) 處理模塊、截?cái)嘌a(bǔ)償模塊、樹(shù)形壓縮模塊、加法器模塊。圖2是該固定位寬乘法器部分積陣 列的主要部分與截?cái)嗖糠纸Y(jié)構(gòu)示意圖，其中主要部分是保留的運(yùn)算數(shù)據(jù)，截?cái)嗖糠质切枰?截?cái)嗟臄?shù)據(jù)，而截?cái)嗖糠种械慕財(cái)嘀饕獌?nèi)容同樣是要保留的，截?cái)啻我獌?nèi)容需要計(jì)算所有 位數(shù)的概率平均值，求和后用最接近的整數(shù)來(lái)補(bǔ)償，截?cái)嘀饕獌?nèi)容最下面的1是運(yùn)一列的 截?cái)嘌a(bǔ)償值。如果不做預(yù)先處理操作，整體截?cái)嘌a(bǔ)償方法就是將截?cái)嘀饕獌?nèi)容運(yùn)一列，該列 的截?cái)嘌a(bǔ)償值1和用于補(bǔ)償截?cái)啻我獌?nèi)容的整數(shù)值相加，得到的進(jìn)位送到前面一列繼續(xù)相 加，而得到的和直接舍棄。首先乘數(shù)輸入波茲編碼模塊，編碼運(yùn)算之后得到每個(gè)部分積對(duì)應(yīng) 的波茲系數(shù)和補(bǔ)償位，然后將波茲系數(shù)輸入到部分積產(chǎn)生模塊，將補(bǔ)償位輸入到部分積預(yù) 處理模塊。部分積產(chǎn)生模塊根據(jù)波茲系數(shù)和被乘數(shù)計(jì)算出每個(gè)部分積，將第一個(gè)部分積的 高S位~S。，S。，S。，最后一個(gè)部分積的最后一位作為待處理部分，部分積陣列的主要 部分去除第一個(gè)部分積的高=位后的數(shù)據(jù)作為直接壓縮部分，部分積陣列的截?cái)嗖糠秩コ?最后一個(gè)部分積的最后一位和該部分積的補(bǔ)償位后剩下的數(shù)據(jù)作為待截?cái)嗖糠?，最后將?處理部分輸入到部分積預(yù)處理模塊，直接壓縮部分輸入到樹(shù)形壓縮模塊，待截?cái)嗖糠州斎?到截?cái)嘌a(bǔ)償模塊。部分積預(yù)處理模塊根據(jù)得到部分積的待處理部分和補(bǔ)償位，進(jìn)行部分積 預(yù)處理步驟，處理后的第一個(gè)部分積的高=位輸入到樹(shù)形壓縮模塊，在截?cái)嘀饕獌?nèi)容運(yùn)一 列留下的和輸入到截?cái)嘌a(bǔ)償模塊。截?cái)嘌a(bǔ)償模塊根據(jù)得到部分積的待截?cái)嗖糠趾筒糠址e預(yù) 處理結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓浪?，補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)位輸入到樹(shù)形壓縮模塊。樹(shù)形壓縮模塊將得到的所有 結(jié)果進(jìn)行樹(shù)形壓縮，直到只剩下兩行數(shù)據(jù)為止，再將運(yùn)兩行數(shù)據(jù)送到加法器模塊進(jìn)行加和 并得到最終結(jié)果。
[00%] 假設(shè)P為固定位寬乘法器的部分積個(gè)數(shù)，當(dāng)P為奇數(shù)和偶數(shù)時(shí)采用不同的波茲編 碼方案，如表1所示。
[0027] 表1波茲編碼規(guī)則
[0028]
[0029] 主要的區(qū)別就在于對(duì)"111"的處理上，P為奇數(shù)時(shí)當(dāng)作0處理，該部分積全部置為 0,補(bǔ)償位也會(huì)是0 ;P為偶數(shù)時(shí)當(dāng)作-0處理的時(shí)候，該部分積全部置為1，補(bǔ)償位也為1。
[0030] 部分積產(chǎn)生模塊在P為奇數(shù)和偶數(shù)時(shí)也采用不同的方案，因?yàn)镻為奇數(shù)時(shí)輸入 "111"會(huì)當(dāng)作0處理，而P為偶數(shù)時(shí)會(huì)當(dāng)作-0處理。
[0031] 部分積預(yù)處理模塊的主要工作就是將最后一個(gè)部分積的最后一位和該部分積的 補(bǔ)償位相加，進(jìn)位再與截?cái)嘀饕獌?nèi)容運(yùn)列的截?cái)嘌a(bǔ)償值1相加，與截?cái)嘌a(bǔ)償值1相加所得到 的和留在該列取代原本的截?cái)嘌a(bǔ)償值1，得到的進(jìn)位再與符號(hào)位擴(kuò)展后的第一個(gè)部分積的 高=位~S。，S。，S。相加，該模塊不需要使用加法器，而是通過(guò)卡諾圖化簡(jiǎn)得到很簡(jiǎn)單的電路 邏輯。
[0032] 截?cái)嘌a(bǔ)償模塊是將截?cái)嗖糠值慕財(cái)嘀饕獌?nèi)容運(yùn)一列保留，截?cái)啻我獌?nèi)容直接估算 概率平均值，將所有的平均值的和根據(jù)比重?fù)Q算到截?cái)嘀饕獌?nèi)容運(yùn)列，然后用最接近的整 數(shù)來(lái)補(bǔ)償，再將保留的截?cái)嘀饕獌?nèi)容、用于補(bǔ)償?shù)恼麛?shù)、部分積預(yù)處理后留在截?cái)嘀饕獌?nèi)容 運(yùn)列的和相加，得到的進(jìn)位輸入到樹(shù)形壓縮模塊，得到的和直接舍棄。
[0033] 樹(shù)形壓縮模塊是將從截?cái)嘌a(bǔ)償模塊得到的進(jìn)位，部分積產(chǎn)生模塊得到的直接壓縮 部分，部分積預(yù)處理模塊得到的處理后的第一個(gè)部分積的高=位進(jìn)行壓縮，最終壓縮到只 有兩行數(shù)據(jù)，將其輸入到最后一級(jí)加法器模塊。
[0034] 加法器模塊是計(jì)算樹(shù)形壓縮模塊得出的兩行數(shù)據(jù)，得到最終結(jié)果。
[0035] P為奇數(shù)與為偶數(shù)時(shí)采用不同的波茲編碼方案，圖3是P為奇數(shù)時(shí)產(chǎn)生第i個(gè)部 分積的波茲系數(shù)的邏輯電路圖，此時(shí)"111"輸入會(huì)得到系數(shù)0,假設(shè)此時(shí)的輸入為b2w，b2i， bzii。所得系數(shù)一共可W分為四種，第一個(gè)是信號(hào)negi，用于區(qū)分系數(shù)的正負(fù)，根據(jù)編碼規(guī)律 可W發(fā)現(xiàn)當(dāng)b2w= 1，該系數(shù)肯定會(huì)是負(fù)值；第二個(gè)是信號(hào)zero1，代表系數(shù)大小為0,根據(jù) 編