專利名稱：一種模2ⁿ-2^k-1加法器及設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號處理領(lǐng)域，具體地說，涉及一種用于通信及信號處理中的基于余數(shù)系統(tǒng)(RNQ的模加法器及設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，為滿足對集成電路處理能力和處理速度日益提高的要求，普遍認(rèn)為在未來的集成電路設(shè)計中，大規(guī)模的并行處理技術(shù)將取代傳統(tǒng)的串行處理方式。其中采用并行的數(shù)值表征系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的數(shù)值表征系統(tǒng)是發(fā)展的一個方向， 主要是以數(shù)值表征方式來實(shí)現(xiàn)計算和處理的并行進(jìn)行，從前端算法入手從而提高運(yùn)算的速度。系統(tǒng)(RNS =Residue Number System)就是一個并行數(shù)值表征系統(tǒng)，其特點(diǎn)是將傳統(tǒng)的多位數(shù)(Bit)的復(fù)雜運(yùn)算用多個并行的較少位數(shù)的簡單運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)，從而降低了單次運(yùn)算的復(fù)雜度。因此，“余數(shù)系統(tǒng)”在數(shù)字信號處理(DSP :Digital Signal Processing)中得到了廣泛應(yīng)用。在基于余數(shù)系統(tǒng)的數(shù)字信號處理方法中，如傅里葉變換、數(shù)字濾波器、矩陣求逆等中，模加法器是構(gòu)建其它運(yùn)算模塊的基本運(yùn)算單元。優(yōu)化的模加法器設(shè)計是余數(shù)系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)字信號處理中的關(guān)鍵所在。本發(fā)明的模2n-2k_l加法器采用了兩次進(jìn)位修正，避免了重復(fù)的進(jìn)位信息計算，同時特殊的數(shù)據(jù)預(yù)處理和進(jìn)位修正算法允許應(yīng)用任何現(xiàn)有的二進(jìn)制快速前綴運(yùn)算結(jié)構(gòu)用于計算進(jìn)位信息，從而增加了設(shè)計靈活度，易于實(shí)現(xiàn)時延、功耗和面積間的平衡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種模2n-2k_l (1彡k彡n-2)的加法器及設(shè)計方法，該加法器通過采用兩次進(jìn)位修正的方法，避免了重復(fù)的進(jìn)位信息計算。本發(fā)明的模2n-2k-l加法器可以廣泛應(yīng)用于信號處理領(lǐng)域的各個運(yùn)算單元中，能夠大幅提高運(yùn)算速度。本發(fā)明的一個目的是提供一種模2n-2k_l(l彡k彡n-2)加法器，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于完成并行前綴運(yùn)算所需的進(jìn)位生成和進(jìn)位傳播信息對(gi，Pi)；進(jìn)位生成單元， 用于完成A+B+T的快速進(jìn)位計算以獲得<和c。ut，其核心為一個并行前綴運(yùn)算單元，其中A、 B為兩個加數(shù)，T為修正量，T = 2k+l ；進(jìn)位修正單元，用于根據(jù)Cout對<進(jìn)行修正以得到完成模加法所需的進(jìn)位；求和單元，根據(jù)各位的進(jìn)位信息及部分和信息計算得到相應(yīng)的和位Si。本發(fā)明所述的模2n-2k_l加法器，進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理單元根據(jù)加數(shù)A和B 按位生成前綴運(yùn)算所需的前綴運(yùn)算對=，其中&和Pi分別表示第i位(i =0，1，…，n-1)的進(jìn)位生成和進(jìn)位傳播位，gi = ^bi (即 和bi進(jìn)行二進(jìn)制“與”邏輯運(yùn)算)，表示當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趇位的兩個加數(shù)均為“1”時向第i+Ι位產(chǎn)生一個進(jìn)位；( “ ，，表示二進(jìn)制“異或”邏輯運(yùn)算)，表示當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趇位的兩個加數(shù)中只有一個為“ 1，，時才能將第i-ι位的進(jìn)位傳播到第i+1位。
本發(fā)明所述的模2n-2k_l加法器，進(jìn)一步地，所述進(jìn)位修正單元根據(jù)c。ut對<進(jìn)行修正以得到完成模加法所需的進(jìn)位；所述進(jìn)位修正分兩次完成，第一次修正后得到的進(jìn)位信息實(shí)際上等于<或者C1，即A+B+T或A+B+T-1的進(jìn)位信息；第二次修正是根據(jù)c。ut的值對C進(jìn)行修正，得到最終修正后的進(jìn)位信息。本發(fā)明所述的模2n-2k_l加法器，進(jìn)一步地，所述求和運(yùn)算單元，計算時考慮Cout 控制下的修正結(jié)果，即c。ut = 0時，<"為A+B的進(jìn)位信息；反之，則為A+B+T的進(jìn)位信息。本發(fā)明的另一目的是提供一種模2n-2k-l(l彡k彡Π-2)加法器的設(shè)計方法，包括步驟數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟，完成并行前綴運(yùn)算所需的進(jìn)位生成和進(jìn)位傳播信息對(gi，Pi)；進(jìn)位生成步驟，通過并行前綴計算完成A+B+T的快速進(jìn)位計算以獲得<和C。ut，其中A、B為兩個加數(shù)，T為修正量，T = 2k+l ；進(jìn)位修正步驟，根據(jù)Cout對<進(jìn)行修正以得到完成模加法所需的進(jìn)位C ；求和步驟，根據(jù)各位的進(jìn)位信息及部分和信息計算得到相應(yīng)的和位Si。本發(fā)明所述的模2n-2k-l加法器的設(shè)計方法，進(jìn)一步地，其中數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟中， 加數(shù)A和B按位生成前綴運(yùn)算所需的前綴運(yùn)算對(&』,)=( ,力,^@《)，其中&和Pi分別表示第i位(i = 0,1,…，n-1)的進(jìn)位生成和進(jìn)位傳播位，gi = ^bi(即 和、進(jìn)行二進(jìn)制“與”邏輯運(yùn)算)，表示當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趇位的兩個加數(shù)均為“1”時向第i+Ι位產(chǎn)生一個進(jìn)位； P1=^bi ( “ ”表示二進(jìn)制“異或”邏輯運(yùn)算)，表示當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趇位的兩個加數(shù)中只有一個為“1”時才能將第i_l位的進(jìn)位傳播到第i+Ι位。本發(fā)明所述的模2n-2k_l加法器的設(shè)計方法，進(jìn)一步地，其中進(jìn)位修正步驟中，根據(jù)(_對<進(jìn)行修正以得到完成模加法所需的進(jìn)位所述進(jìn)位修正分兩次完成，第一次修正后得到的進(jìn)位信息<實(shí)際上等于<或者C1，即A+B+T或A+B+T-1的進(jìn)位信息；第二次修正是根據(jù)Cout的值對進(jìn)行修正，得到最終修正后的進(jìn)位信息。本發(fā)明所述的模2n-2k_l加法器的設(shè)計方法，進(jìn)一步地，其中求和步驟中，計算f 時，考慮Cout控制下的修正結(jié)果，即cout = 0時，,為A+B的進(jìn)位信息；反之，則為A+B+T的進(jìn)位信息。本發(fā)明的模加法器是余數(shù)系統(tǒng)的基本運(yùn)算單元，其高效的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)是RNS優(yōu)良并行特性的保證。本發(fā)明所提供的模2n-2k-l加法器及設(shè)計方法采用了兩次進(jìn)位修正，避免了重復(fù)的進(jìn)位信息計算，同時特殊的數(shù)據(jù)預(yù)處理和進(jìn)位修正算法允許應(yīng)用任何現(xiàn)有的快速前綴運(yùn)算結(jié)構(gòu)用于計算進(jìn)位信息，從而增加了設(shè)計靈活性，能夠大幅提高運(yùn)算速度。


圖1是模2n-2k_l加法器的結(jié)構(gòu)圖；圖2是具體實(shí)施例模28-24-1加法器的具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)；圖3展示了模28-24-1加法器的各個處理單元功能。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明的上述發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
一種模2n-2k-l加法器(1彡k彡n-2)，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于完成并行前綴運(yùn)算所需的進(jìn)位生成和進(jìn)位傳播信息對(gi， Pi)；進(jìn)位生成單元，用于完成A+B+T的快速進(jìn)位計算以獲得<和c。ut，其核心為一個并行前綴運(yùn)算單元；其中A、B為兩個加數(shù)，T為修正量，T = 2k+l ；進(jìn)位修正單元，用于根據(jù)Cout對c『進(jìn)行修正以得到完成模加法所需的進(jìn)位^ ；以及，求和單元，根據(jù)各位的進(jìn)位信息及部分和信息計算得到相應(yīng)的和位Si。所述數(shù)據(jù)預(yù)處理單元根據(jù)加數(shù)A和B按位生成前綴運(yùn)算所需的前綴運(yùn)算對 (私4)=(吆,《,_,)，其中&和？1分別表示第士位(i = 0，l，…，n-1)的進(jìn)位生成和進(jìn)位傳播位，gi = ^bi(即％和h進(jìn)行二進(jìn)制“與”邏輯運(yùn)算)，表示當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趇位的兩個加數(shù)均為“1”時向第i+Ι位產(chǎn)生一個進(jìn)位 ’ Ρ,= —、( “ ”表示二進(jìn)制“異或”邏輯運(yùn)算)，表示當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趇位的兩個加數(shù)中只有一個為“1”時才能將第i_l位的進(jìn)位傳播到第i+Ι位。所述進(jìn)位修正單元根據(jù)Cout對c『進(jìn)行修正以得到完成模加法所需的進(jìn)位C"；所述進(jìn)位修正分兩次完成，第一次修正后得到的進(jìn)位信息<實(shí)際上等于<或者C1，即A+B+T或 A+B+T-1的進(jìn)位信息；第二次修正是根據(jù)Cout的值對<進(jìn)行修正，得到最終修正后的進(jìn)位信所述求和單元，計算時考慮c。ut控制下的修正結(jié)果，即c。ut = 0時，<^為A+B的進(jìn)位信息；反之，則為A+B+T的進(jìn)位信息。一種模2n-2k_l加法器(1彡k彡n-2)的設(shè)計方法，包括以下步驟數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟，完成并行前綴運(yùn)算所需的進(jìn)位生成和進(jìn)位傳播信息對(gi，Pi)；進(jìn)位生成步驟，通過并行前綴計算完成A+B+T的快速進(jìn)位計算以獲得<和c。ut，其中A、B為兩個加數(shù)，T為修正量，T = 2k+l ；進(jìn)位修正步驟，根據(jù)c。ut對<進(jìn)行修正以得到完成模加法所需的進(jìn)位；以及，求和步驟，根據(jù)各位的進(jìn)位信息及部分和信息計算得到相應(yīng)的和位Si。一種模2n-2k_l加法器的設(shè)計方法，其中數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟中，加數(shù)A和B按位生成前綴運(yùn)算所需的前綴運(yùn)算對=，其中&和Pi分別表示第i位α = 0，1，…， n-1)的進(jìn)位生成和進(jìn)位傳播位，gi = ^bi (即％和h進(jìn)行二進(jìn)制“與”邏輯運(yùn)算)，表示當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趇位的兩個加數(shù)均為“1”時向第i+Ι位產(chǎn)生一個進(jìn)位-,Ρ,=、 、( “@ ”表示二進(jìn)制“異或”邏輯運(yùn)算)，表示當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趇位的兩個加數(shù)中只有一個為“1”時才能將第i_l 位的進(jìn)位傳播到第i+Ι位。一種模2n-2k_l加法器的設(shè)計方法，其中進(jìn)位修正步驟中，根據(jù)c。ut對<進(jìn)行修正以得到完成模加法所需的進(jìn)位C"；所述進(jìn)位修正分兩次完成，第一次修正后得到的進(jìn)位信息 《實(shí)際上等于cf或者cf-1 ,Bp Α+Β+Τ或Α+Β+τ-丨的進(jìn)位信息；第二次修正是根據(jù)Cout的值對C 進(jìn)行修正，得到最終修正后的進(jìn)位信息。一種模2n-2k_l加法器的設(shè)計方法，其中求和步驟中，計算<^時，考慮Cout控制下的修正結(jié)果，即cout = 0時，<^為A+B的進(jìn)位信息；反之，則為A+B+T的進(jìn)位信息。圖1示出了模2n-2k_l加法器的結(jié)構(gòu)圖。它由數(shù)據(jù)預(yù)處理單元101、進(jìn)位生成單元 102、進(jìn)位修正單元103與求和單元104等構(gòu)成。與普通二進(jìn)制加法運(yùn)算不同，模加法運(yùn)算無最終的進(jìn)位輸出。對于兩個整數(shù)A、B(A，B e [0，m))進(jìn)行模m的加法運(yùn)算定義為
權(quán)利要求
1.一種模2n-2k-l加法器，其特征在于，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于完成并行前綴運(yùn)算所需的進(jìn)位生成和進(jìn)位傳播信息對(gi，Pi)；進(jìn)位生成單元，用于完成A+B+T的快速進(jìn)位計算以獲得<和c。ut，其核心為一個并行前綴運(yùn)算單元；其中A、B為兩個加數(shù)，T為修正量，T = 2k+l ；進(jìn)位修正單元，用于根據(jù)Cout對<進(jìn)行修正以得到完成模加法所需的進(jìn)位；以及，求和單元，根據(jù)各位的進(jìn)位信息及部分和信息計算得到相應(yīng)的和位Si。
2.如權(quán)利要求1所述的模2n-2k-l加法器，其特征在于，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理單元根據(jù)加數(shù) A和B按位生成前綴運(yùn)算所需的前綴運(yùn)算對= 《)，其中&和Pi分別表示第i 位(i=0，l，…，n-1)的進(jìn)位生成和進(jìn)位傳播位，& = ^bi,表示當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趇位的兩個加數(shù)均為“1”時向第i+Ι位產(chǎn)生一個進(jìn)位；Λ ι, A，表示當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趇位的兩個加數(shù)中只有一個為“1”時才能將第i_l位的進(jìn)位傳播到第i+Ι位。
3.如權(quán)利要求1所述的模2n-2k-l加法器，其特征在于，所述進(jìn)位修正單元根據(jù)Cout對 <進(jìn)行修正以得到完成模加法所需的進(jìn)位C"；所述進(jìn)位修正分兩次完成，第一次修正后得到的進(jìn)位信息<實(shí)際上等于<或者廣1，即Α+Β+Τ或Α+Β+Τ-1的進(jìn)位信息；第二次修正是根據(jù) Cout的值對<進(jìn)行修正，得到最終修正后的進(jìn)位信息。
4.如權(quán)利要求1所述的模2n-2k-l加法器，其特征在于，所述求和單元，計算時考慮 c。ut控制下的修正結(jié)果，即c。ut = 0時，<^為A+B的進(jìn)位信息；反之，則為A+B+T的進(jìn)位信息。
5.一種模2n-2k-l加法器的設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟，完成并行前綴運(yùn)算所需的進(jìn)位生成和進(jìn)位傳播信息對(gi，Pi)；進(jìn)位生成步驟，通過并行前綴計算完成A+B+T的快速進(jìn)位計算以獲得<和c。ut，其中A、 B為兩個加數(shù)，T為修正量，T = 2k+l ；進(jìn)位修正步驟，根據(jù)Cout對<進(jìn)行修正以得到完成模加法所需的進(jìn)位C"；以及，求和步驟，根據(jù)各位的進(jìn)位信息及部分和信息計算得到相應(yīng)的和位Si。
6.如權(quán)利要求5所述的模2n-2k-l加法器的設(shè)計方法，其特征在于，其中數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟中，加數(shù)A和B按位生成前綴運(yùn)算所需的前綴運(yùn)算對=，其中&和Pi分別表示第i位(i = 0,1,…，n-1)的進(jìn)位生成和進(jìn)位傳播位，& = ^bi，表示當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趇 位的兩個加數(shù)均為“1”時向第i+Ι位產(chǎn)生一個進(jìn)位；ft ι, A，表示當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趇位的兩個加數(shù)中只有一個為“1”時才能將第i_l位的進(jìn)位傳播到第i+Ι位。
7.如權(quán)利要求5所述的模2n-2k-l加法器的設(shè)計方法，其特征在于，其中進(jìn)位修正步驟中，根據(jù)Cout對<進(jìn)行修正以得到完成模加法所需的進(jìn)位；所述進(jìn)位修正分兩次完成，第一次修正后得到的進(jìn)位信息<實(shí)際上等于<或者C1，即Α+Β+Τ或Α+Β+Τ-1的進(jìn)位信息；第二次修正是根據(jù)Cout的值對進(jìn)行修正，得到最終修正后的進(jìn)位信息。
8.如權(quán)利要求5所述的模2n-2k-l加法器的設(shè)計方法，其特征在于，其中求和步驟中，計算C時，考慮c。ut控制下的修正結(jié)果，即c。ut = 0時，f為A+B的進(jìn)位信息；反之，則為A+B+T 的進(jìn)位信息。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種模加法器及設(shè)計方法，所述模加法器包括數(shù)據(jù)預(yù)處理單元、進(jìn)位生成單元、進(jìn)位修正單元與求和單元。所述模加法器設(shè)計方法相應(yīng)地包括數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟、進(jìn)位生成步驟、進(jìn)位修正步驟與求和步驟。本發(fā)明所提供的模加法器及設(shè)計方法采用了兩次進(jìn)位修正，避免了重復(fù)的進(jìn)位信息計算，同時特殊的數(shù)據(jù)預(yù)處理和進(jìn)位修正算法允許應(yīng)用任何現(xiàn)有的快速前綴運(yùn)算結(jié)構(gòu)用于計算進(jìn)位信息，從而增加了設(shè)計靈活性，能夠大幅提高運(yùn)算速度。
文檔編號G06F7/72GK102226885SQ20111013701
公開日2011年10月26日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者凌翔, 胡劍浩, 馬上 申請人:電子科技大學(xué)