文档介绍：电子科技大学
博士学位论文
基于余数系统的数字信号处理VLSI实现关键技术研究
姓名:马上
申请学位级别:博士
专业:通信与信息系统
指导教师:胡剑浩
20091204
摘要余数基完成了其彼醴诺腣迪帧H缓螅岢隽嘶獅一一挠蟹性能为目标。本文围绕τ糜贒系统的几个关键问题——余数基构建及模随着现代通信和信号处理,特别是移动、机载、星载设备日益增加的复杂度对数字信号处理,芯片在速度和功耗上的要求越来越高。基于超大规模集成电路琕技术的专用酒谕瓿筛丛拥男旁幢嗦搿⑿诺酪肼搿⒔獾鳌⑿藕疟浠坏雀咚傩藕糯碇具有不可替代的地位,而处理速度和功耗的矛盾是设计中面临的重大问题,并行处理技术是有效的解决方式之一。余数系统是一个非权重并行数值表征系统,它以改善传统并行处理器中的单个处理单元的加法器设计、数值缩放和觳馕侍獾乃惴ḿ癡迪旨际跽箍L致郏8速、低功耗酒腣杓铺峁┮恢钟行У慕饩龇椒ā。在构建基于腄系统时,余数基的形式直接决定了整个余数系统的复杂度。本文第三部分给出了一种余数基并行度和通道间平衡度的定义方法,从余数基的动态范围利用率、并行度、通道间平衡度和模加法器实现复杂度等方面对常见余数基进行了性能分析,为余数基的选择提供了一种可供参考的依据,并以此提出了一种高效的以薄一一”一咭为分量的多通道余数基构建方法。由于模加法器是幕驹怂愕ピ#畚牡谒牟糠只诮恍拚筒⑿星白核惴提出了模耙‘一臃ㄆ鞯耐ㄓ盟惴ê蚔迪纸峁梗送ǔ5哪<臃ㄆ中冗余的进位信息计算单元,并可选择采用已有的任何并行前缀结构,分析结果表明在同类型模加法器中具有优良的“面积×时延”特性,从而为论文第三部分所提出的余数基的应用奠定了基础。余数系统的数值缩放潜苊釪运算溢出的主要方法,是推动在低持杏τ玫幕疚侍庵弧1疚牡谖宀糠质紫忍岢隽擞蟹庞嗍低呈值缩放通用算法及并行实现结构,通过引入的修正常量简化有符号数的数值缩放,并给出了一种用于基扩展的冗余基更新方法。基于此,结合具体余数系统彼醴攀迪纸峁梗佣拐庖槐还惴汗刈⒌挠嗍难芯扛M晟啤4外,本文第五部分还提出了一种基于余数系统笔邓醴诺腞;凰惴ǎ玆/;辉怂阒械奈豢硐拗圃诹票忍啬冢佣苊饬嗽赗/,
,的余数系统奇偶检测算法及实现结构。溢出等判断,本文将它们统一归为募觳馕侍狻T诼畚牡诹糠种校治隽的方法。结合及在有关定理推导和证明的基础上,提出了基为瞬ㄆ骱突獾髦泄丶ピ5超大规模集成电路,并行处理,余数基转换中涉及到的大位宽加法操作。在通信信号处理中将不可避免地涉及到信号的门限判断等问题,但由于的非权重特性,在余数系统中较难直接进行拇笮⒎拧⑵媾技霸怂恼庑┘觳馕侍庵涞哪谠诹O担隽舜悠渲心骋晃侍饨饩銎渌觳馕侍最后,基于以上关键技术的研究,论文第七部分给出了两个糜谙执信及信号处理中的设计实例,包括腛实现结构。结果表明较传统二进制系统具有更好的时延和面积特性。关键词:余数系统,数字信号处理,构建,模加法器,数值缩放,奇偶检测,正交频分复用摘要Ⅱ
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本论文所用到的图形列表通用的无符号疭整数缩放框图基为”一”,的余数系统彼醴沤峁埂基为”一”,”挠嗍低称媾技觳馐迪纸峁埂基为”一“,”挠嗍低称媾技觳庥呕迪纸峁埂%、%和%的通道平衡度曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯基于前缀运算的二进制加法器结构及前缀运算树举例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..缩放因子与余数基互质时无符号疭整数缩放结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯通用的无符号醴趴蛲糏图图基于余数系统的处理单元结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯基于腄系统结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.%、%和%的动态范围利用率曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..⒔牛停サ牟⑿卸惹摺模币‘一臃ㄆ鹘峁埂模币‘一臃ㄆ鱒迪纸峁埂模——臃ㄆ鱒迪纸峁埂不同刀、拢诘ノ幻拍P偷哪”一加法器“面积×时延”特性曲线⋯⋯基于单位门模型的模币‘一臃ㄆ鳌懊婊潦毖印毙阅鼙冉锨逫⋯⋯⋯⋯⋯⋯缩放因子为某一个余数基分量时无符号醴沤峁埂缩放因子为余数基分量乘积时缩放结构缩放因子为余数基分量乘积时缩放结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。有符号缩放基本步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..通用的邓醴臯迪纸峁包括有符号和无符号整数缩放基于冗余基的基扩展实现结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯基于数值缩放的疊转换算法与实现结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..余数系统与二进制补码系统对应关系示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。基于缩放技术的絋转换实现结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯余数系统检测问题之间的关系示意图⋯⋯