专利名称：一种专用运算单元alu的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种专用运算单元ALU(算术逻辑部件)，尤其涉及一 种用在电能计量芯片内以实现电能计量设计要求的专用运算单元 ALU。
背景技术：
当电能计量芯片功能和性能加强时，若采用算法直接映射成硬件 的方法，其实现方式是将各数据处理算法模块直接映射为相应电路， 其所需要的硬件面积会随着计算单元数量的增加或信号处理位数的增 加而大大增加。并且算法直接映射成硬件的方法兼容性差，在功能或 算法上一旦有所改变，就需要增加模块或修改电路结构。因此必须设 计一种新的结构，采用新的方法，来满足多功能高性能的电能计量设 计要求。
这种新的结构需要一个专用的运算单元ALU,能够快速执行48bit 数据的算术和逻辑操作，结构要简单，速度要快，经济廉价。
发明内容
本发明的目的在于提供一种专用运算单元ALU,它能在芯片内实 现电能计量设计所要求的功能，特别是多功能高性能的电能计量设计 要求的功能。
为实现上述目的，本发明提供一种专用运算单元ALU,该专用运 算单元ALU包括有加法器、减法器、乘法器l、乘法器2、除法器、对数取整、乘法器3、乘法器4、取绝对值、防潜动、取正数和取负数， 共12个具有48bit运算能力的算术或逻辑操作模块。该专用运算单元 ALU通过指令被操作，所述指令长度为27位，其中操作码占5位、源 1地址占6位、源2地址占6位、目的地址占10位。该专用运算单元 ALU通过外部编程实现电能计量设计所要求的上述算术或逻辑操作功 能，特别是多功能高性能的电能计量设计要求的功能。
本发明专用运算单元ALU，由于采用了上述的技术方案，使之与 现有技术相比，具有以下优点和积极效果使用本发明的一种专用运 算单元ALU结构来实现电能计量设计要求的芯片，与使用通用的运算 单元ALU相比，通用的运算单元ALU中的很多资源在实现电能计量 多功能高性能算法时并不用到，造成资源浪费，但一些电能计量要求 特有的算法却没有，并且市场上没有现成的可同时实现48bit运算的 ALU。本发明专用运算单元ALU能在芯片内实现电能计量设计所要求 的功能，特别是多功能高性能的电能计量设计要求的功能，能够快速 执行48bit数据的算术和逻辑操作，结构简单，速度快。
通过以下对本发明专用运算单元ALU的一实施例结合其附图的描 述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附 图为
图1是专用运算单元ALU的结构示意图2是专用运算单元ALU的指令示意图3是专用双流水线RISC体系结构示意图。
具体实施例方式
请参见图1所示，这是专用运算单元ALU的结构示意图。
该专用 运算单元ALU有两个48bit的数据输入端， 一个48bit的数据输出端。
该专用运算单元ALU包括的主要模块为加法器、减法器、乘法器1、 乘法器2、除法器、对数取整、乘法器3、乘法器4、取绝对值、防潜 动、取正数和取负数，共12个算术或逻辑操作模块。其中各模块的主 要功能如下
(1) 加法器(48bit+48bit):输出"数据1"和"数据2"相加的 结果；
(2) 减法器(48bit-48Mt):输出"数据1"和"数据2"相减的
结果；
(3) 乘法器(48bit*48bit):输出"数据1"和"数据2"相乘后 除以240的结果；
(4) 乘法器(48bit*48bit ):输出"数据1"和"数据2"相乘后 除以228的结果；
(5) 除法器(48bit/48bit):输出"数据1"和"数据2"相除 的结果；
(6) 对数取整(48bit):输出"数据l"的1og2值并取整的结果;
(7) 乘法器(48bit*48bit):输出"数据1"和"数据2"相乘 后除以240再取反的结果；
(
8) 乘法器(48bit*48bit):输出"数据1"和"数据2"相乘
的结果；
(9) 取绝对值(48bit):输出"数据l"的取绝对值的结果；
(10) 防潜动(48bit):输出"数据l"的防潜动的结果；
(11) 取正数(48bit):输出"数据1"的取绝对值的结果；
(12) 取负数(48bit):输出"数据l"的取绝对值取反的结果；
请参见图2所示，这是专用运算单元ALU的指令示意图。该专用 运算单元ALU的指令长度27位，其中操作码5位、源1地址占6位、 源2地址占6位、目的地址占10位。其中各部分代表功能如下
(1) 操作码(5位)指示运算单元ALU选取12个算术或逻辑操 作的某一种执行操作；
(2) 源1地址(6位)从源1地址中给出输入到运算单元ALU的
操作数"数据r;
(3) 源2地址(6位)从源2地址中给出输入到运算单元ALU的 操作数"数据2";
(4) 目的地址(10位)将运算单元ALU的输出数据存放到目的 地址；
请参见图3所示，这是专用双流水线RISC体系结构示意图。
该双流水线同样为5级结构，因此每条指令都将分为5个不同的 处理阶段获取指令、指令译码、指令执行、访问内存、数据写回。
该双流水线包括的主要模块为指令计数器、指令存储器、寄存器 堆、运算单元、数据存储器、数据选择器、跳转预测模块和数据预测模块。其中各模块的功能如下
(1) 指令计数器(PC):输出被执行指令在指令存储器中的位置， 即指令地址指针，输出llbits信号；
(2) 指令存储器(IR):存放完成电能计量芯片所有功能的指令。 对应硬件为2K*54bits的双流水线存储器；
(3) 寄存器堆(Register):存放运算的大量48bit中间数据以及 预先设定的各种48bit系数，对应硬件为双流水线结构，两条流水线 的数据可以相互交换；
(4) 运算单元(ALU ):执行需要的算术和逻辑操作。其中包含48bit 十48bit加法器，48bit-48bit减法器,48bi t * 48bi t乘法器，48bit /48bit除法器，以及其它一些逻辑操作单元。对应硬件为双ALU的双 流水线结构；
(5) 数据存储器(Memory):存储需要保存下来的运算结果。两条 流水线分别对应为两组256*48bit的数据。同时大家共用一个寄存器 堆，两条流水线的数据可以相互交换，其中有大约128个8bits - 24bits 的寄存器，用来实现与外部数据交换；
(6) 数据选择器(MUX):从多路输入中选择某一路输出；
(7) 跳转预测模块此模块主要为跳转指令服务；
(8) 数据预测模块每条流水线都有一个数据预测模块。在流水线 方式中完成前后指令中需要解决的数据预测功能。
本发明是这样工作的将用来实现电能计量芯片所有功能的指令 按序存放在指令存储器，由指令计数器来控制指令的运行，每条指令都将分为5个不同的处理阶段获取指令、指令译码、指令执行、访 问内存、数据写回。其中，专用运算单元ALU的12个算术或逻辑操作， 对应5级流水线，执行步骤为从指令计数器(PC)指向的指令存储 器(IR )中读出指令放入寄存器堆(Register )－>从寄存器堆(Register) 读出源操作数^在运算单元(ALU)中进行运算">将结果传到数据存储 器(Memory )，不参与存储器访问操作^将计算结果由数据选择器(MUX ) 写回到寄存器堆(Register )。本发明的专用运算单元ALU结构简单， 工作速度快，应用灵活，能最经济的实现电能计量设计所要求的功能， 特别是多功能高性能的电能计量设计要求的功能，做成廉价且功耗低 的产品。
综上所述，本发明实现电能计量设计所要求功能，应用在电能计 量芯片内，结构简单，应用灵活，经济实用。
权利要求
1. 一种电能计量设计的专用运算单元ALU，其特征在于该专用运算单元ALU包括有加法器、减法器、乘法器(1)、乘法器(2)、除法器、对数取整、乘法器(3)、乘法器(4)、取绝对值、防潜动、取正数和取负数，共12个具有48bit运算能力的算术或逻辑操作模块；该专用运算单元通过指令被操作，所述指令长度为27位，其中操作码占5位、源1地址占6位、源2地址占6位、目的地址占10位(1)操作码指示运算单元ALU选取12个算术或逻辑操作的某一种执行操作；(2)源1地址从源1地址中给出输入到运算单元ALU的操作数“数据1”；(3)源2地址从源2地址中给出输入到运算单元ALU的操作数“数据2”；(4)目的地址将运算单元ALU的输出数据存放到目的地址；该专用运算单元ALU通过外部编程实现电能计量设计所要求的上述算术或逻辑操作功能。
2、 如权利要求1所述的专用运算单元ALU，其特征在于，其每一 条指令对应一个算术或逻辑操作。
3、 如权利要求1所述的专用运算单元ALU,其特征在于加法器输出"数据r和"数据2"相加的结果； 減法器输出"数据l"和"数据2"相减的结果； 乘法器l:输出"数据1"和"数据2"相乘后除以240的结果； 乘法器2:输出"数据1"和"数据2"相乘后除以228的结果； 除法器输出"数据1"和"数据2"相除的结果； 对数取整输出"数据l"的1og2值并取整的结果；乘法器3:输出"数据1"和"数据2"相乘后除以240再取反的结果；乘法器4:输出"数据l"和"数据2"相乘的结果；取绝对值输出"数据1"的取绝对值的结果；防潜动输出"数据l"的防潜动的结果；取正数输出"数据r的取绝对值的结果；取负数输出"数据l"的取绝对值取反的结果。
4、如权利要求1所述的专用运算单元ALU，其特征在于所述指令分为5个处理阶段获取指令、指令译码、指令执行、访问内存、数据写回。
全文摘要
本发明公开一种专用运算单元ALU，包括有加法器、减法器、乘法器(1)、乘法器(2)、除法器、对数取整、乘法器(3)、乘法器(4)、取绝对值、防潜动、取正数和取负数，共12个具有48bit运算能力的算术或逻辑操作模块。该专用运算单元ALU通过指令被操作，所述指令长度为27位，其中操作码占5位、源1地址占6位、源2地址占6位、目的地址占10位。每一条指令对应一个算术或逻辑操作，通过外部编程，ALU能实现电能计量设计所要求的功能，特别是多功能高性能的电能计量设计要求的功能，结构简单，速度快。
文档编号G06F7/57GK101206561SQ20061014783
公开日2008年6月25日 申请日期2006年12月22日 优先权日2006年12月22日
发明者王祥莉, 明 韩 申请人:上海贝岭股份有限公司