第7章-流水線技術(shù)

1、1 流水線技術(shù)流水線技術(shù) 2流水線技術(shù)流水線技術(shù) n流水線設(shè)計(jì)的基本原理是將某操作電路劃分為若干級(jí)，流水線設(shè)計(jì)的基本原理是將某操作電路劃分為若干級(jí)， 每一級(jí)只完成運(yùn)算的一部分，一個(gè)時(shí)鐘周期完成一級(jí)數(shù)每一級(jí)只完成運(yùn)算的一部分，一個(gè)時(shí)鐘周期完成一級(jí)數(shù) 據(jù)處理，然后在下一個(gè)時(shí)鐘周期到來(lái)時(shí)將運(yùn)算的結(jié)果傳據(jù)處理，然后在下一個(gè)時(shí)鐘周期到來(lái)時(shí)將運(yùn)算的結(jié)果傳 遞給下一級(jí)。遞給下一級(jí)。 n流水線每級(jí)之間設(shè)置寄存器鎖存上一級(jí)輸出的數(shù)據(jù)。流水線每級(jí)之間設(shè)置寄存器鎖存上一級(jí)輸出的數(shù)據(jù)。 n雖然數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)所有的流水線才能得到結(jié)果，但作為雖然數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)所有的流水線才能得到結(jié)果，但作為 整個(gè)流水線來(lái)說(shuō)，每個(gè)時(shí)鐘周期都能

2、計(jì)算出一組數(shù)據(jù)，整個(gè)流水線來(lái)說(shuō)，每個(gè)時(shí)鐘周期都能計(jì)算出一組數(shù)據(jù)， 即平均計(jì)算一組數(shù)據(jù)只需要一個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間，這樣即平均計(jì)算一組數(shù)據(jù)只需要一個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間，這樣 就大大提高了數(shù)據(jù)運(yùn)算的速度。就大大提高了數(shù)據(jù)運(yùn)算的速度。 34級(jí)流水線加法器級(jí)流水線加法器 一一 位位 全全 加加 器器 第第 一一 級(jí)級(jí) 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 鎖鎖 存存 一一 位位 全全 加加 器器 第第 二二 級(jí)級(jí) 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 鎖鎖 存存 一一 位位 全全 加加 器器 第第 三三 級(jí)級(jí) 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 鎖鎖 存存 一一 位位 全全 加加 器器 第第 四四 級(jí)級(jí) 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 鎖鎖 存存 4 輸入：輸入：A0、B0、CI 輸出：輸出：S0、C0

3、 需要保存的數(shù)據(jù)：需要保存的數(shù)據(jù)：A3.1、B3.1、 S0、C0 4級(jí)流水線加法器級(jí)流水線加法器 CI A0 B0 ci a b sum co S0 A1 B1 ci a b sum co S1 A2 B2 ci a b sum co S2 A3 B3 ci a b sum co S3 Co 輸入：輸入：A1、B1、C0 輸出：輸出：S1、C1 需要保存的數(shù)據(jù)：需要保存的數(shù)據(jù)：A3.2、B3.1、 S1、C1 輸入：輸入：A2、B2、C1 輸出：輸出：S2、C2 需要保存的數(shù)據(jù)：需要保存的數(shù)據(jù)：A(3)、B(3)、 S2、C2 輸入：輸入：A3、B3、C2 輸出：輸出：S3、Co 需要保存的

4、數(shù)據(jù)：需要保存的數(shù)據(jù)： S3、Co 5第一級(jí)流水線第一級(jí)流水線 bit0:process(clk,rst) begin if(rst = 1)then reg1 = 00000000; elsif(rising_edge(clk)then reg1(0) = a(0) xor b(0); reg1(1) = a(0) and b(0); reg1(2) = a(1); reg1(3) = b(1); reg1(4) = a(2); reg1(5) = b(2); reg1(6) = a(3); reg1(7) = b(3); end if; end process bit0; 6第二級(jí)流水線第

5、二級(jí)流水線 bit1:process(clk) begin if(rising_edge(clk) then reg2(0) = reg1(0); reg2(1) = reg1(1) xor reg1(2) xor reg1(3); reg2(2) = (reg1(1) and reg1(2)or(reg1(1) and reg1(3)or(reg1(2) and reg1(3); reg2(6 downto 3) = reg1(7 downto 4); end if; end process bit1; 7第三級(jí)流水線第三級(jí)流水線 bit2:process(clk) begin if(ris

6、ing_edge(clk) then reg3(1 downto 0) = reg2(1 downto 0); reg3(2) =reg2(2) xor reg2(3) xor reg2(4); reg3(3) = (reg2(2) and reg2(3)or(reg2(2) and reg2(4)or(reg2(3) and reg2(4); reg3(5 downto 4) = reg2(6 downto 5); end if; end process bit2; 8最后一級(jí)流水線最后一級(jí)流水線 bit3:process(clk) begin if(rising_edge(clk) the

7、n sum(2 downto 0) = reg3(2 downto 0); sum(3)=reg3(3) xor reg3(4) xor reg3(5); c= (reg3(3) and reg3(4)or(reg3(3) and reg3(5)or(reg3(4) and reg3(5); end if; end process bit3; 94級(jí)流水線加法器級(jí)流水線加法器 n結(jié)果結(jié)果 104級(jí)流水線加法器級(jí)流水線加法器 n效果：效果：200MHz(EPF10K100ARC240-1) 114級(jí)流水線加法器級(jí)流水線加法器 n代價(jià)代價(jià)(EPF10K100ARC240-1) 12非流水線的結(jié)果非

8、流水線的結(jié)果 n效果：效果：200MHz(EPF10K100ARC240-1) 13非流水線的結(jié)果非流水線的結(jié)果 n代價(jià)代價(jià)(EPF10K100ARC240-1) 南京航空航天大學(xué)電子中心南京航空航天大學(xué)電子中心 1414 二進(jìn)制乘法二進(jìn)制乘法 1二進(jìn)制乘法遵循與十進(jìn)制乘法相同的規(guī)則二進(jìn)制乘法遵循與十進(jìn)制乘法相同的規(guī)則: 1乘積純粹由選擇，移位和與乘積純粹由選擇，移位和與A相加組成。相加組成。B的第的第i列指明了移位列指明了移位 后的后的A是否被選擇到和的第是否被選擇到和的第i行。行。 1乘法可以只使用全加器和一些選擇邏輯組成，而該選擇邏輯在乘法可以只使用全加器和一些選擇邏輯組成，而該選擇邏輯在 最終的版圖中執(zhí)行移位操作。最終的版圖中執(zhí)行移位操作。 15加法樹實(shí)現(xiàn)乘法加法樹實(shí)現(xiàn)乘法 16加法樹實(shí)現(xiàn)乘法加法樹實(shí)現(xiàn)乘法 17加法樹實(shí)現(xiàn)乘法加法樹實(shí)現(xiàn)乘法 18加法樹實(shí)現(xiàn)乘法加法樹實(shí)現(xiàn)乘法 19加法樹實(shí)現(xiàn)乘法加法樹實(shí)現(xiàn)乘法 20加法樹實(shí)現(xiàn)乘