可配置可扩展的流水线乘累加器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种可配置可扩展的流水线乘累加器，属于集成电路设计领域，该可配置可扩展的流水线乘累加器在结构设计中增加控制选择器，从而能够使得该可配置可扩展的流水线乘累加器能根据用户的应用要求，通过采取不同的配置方式实现乘、乘加、乘累加等运算功能，从而实现不同位宽的运算功能；同时，在结构设计中增加多个寄存器，实现了内部级联和流水结构，在整个的设计结构中采用反馈信号的电性连接，能够实现多个可配置可扩展的流水线乘累加器进行级联，从而实现高效的并行累加运算，能够满足大容量数据、高速信号处理的应用需求；同时，该结构设计紧凑，运算速度和效率大大提高，并且扩展灵活，实现用户可配置。
【专利说明】可配置可扩展的流水线乘累加器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种乘累加器，尤其涉及一种可配置可扩展的流水线乘累加器。
【背景技术】
[0002] 数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术，其作为当今社会极 为重要的技术手段被广泛应用于各类工程【技术领域】。近年来，随着科学技术的发展，其又称 为人工智能等新兴学科的理论基础之一，其重要性及应用的广泛性不言而喻。
[0003] 在系统应用中，几乎所有复杂算法的实现都离不开乘累加运算单元，如FIR、FFT、 上下变频等算法均可利用乘累加运算单元来实现。在可编程逻辑器件中，利用乘累加运算 单元来实现复杂的数字信号处理，在器件中乘累加运算单元的速度、功耗、位宽等性能决定 了对数字信号的处理能力，是可编程逻辑器件中最基本、最核心的功能模块之一。
[0004] 然而，现有技术中的乘累加器通常不能实现不同位宽的运算功能，即使现有的某 些乘累加器能够实现不同位宽的运算，这些乘累加器结构设计也较为复杂，且运算速度和 效率较低，从而不能满足运算的实时性需求。
【发明内容】
[0005] 针对上述存在的问题，本发明提供一种可配置可扩展的流水线乘累加器，以克服 现有技术中的乘累加器结构设计较为复杂导致成本较大的问题，也克服现有技术中的乘累 加器运算速度和效率较低的问题，从而在保证实现不同位宽的运算功能的基础上，实现乘、 乘加、乘累加等运算功能，同时结构紧凑，扩展灵活，实现用户可配置，并且运算速度和效率 也大大提尚。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0007] -种可配置可扩展的流水线乘累加器，其中，包括：
[0008] 多个输入寄存器，其配置为寄存输入的数据；
[0009] 乘法器，其配置为对多个所述寄存器中的数据进行乘法操作；
[0010] 多个部分积寄存器，其配置为寄存所述乘法器的输出数据；
[0011] 多个多路复用选择器，其配置为选择其输入的一数据作为其输出；
[0012] 控制选择器，其配置为控制选择所述多个多路复用选择器中的一个；
[0013] 加法器，其配置为对所述多个多路复用选择器的输出进行加法操作；
[0014] 多个输出寄存器，其配置为寄存所述加法操作后的输出数据。
[0015] 上述的一种可配置可扩展的流水线乘累加器，其中，所述多个输入寄存器为四个 输入寄存器，第一输入寄存器、第二输入寄存器和第四输入寄存器的输入端分别与第一数 字输入端、第二数字输入端和第三数字输入端电性连接，第三输入寄存器的输入端与进位 输入端电性连接。
[0016] 上述的一种可配置可扩展的流水线乘累加器，其中，所述乘法器为一个乘法器，且 所述乘法器的输入端与所述第一输入寄存器和所述第二输入寄存器的输出端电性连接。
[0017] 上述的一种可配置可扩展的流水线乘累加器，其中，所述多个部分积寄存器为两 个部分积寄存器，且第一部分积寄存器和第二部分积寄存器的输入端均与所述乘法器的输 出端电性连接。
[0018] 上述的一种可配置可扩展的流水线乘累加器，其中，所述多个多路复用选择器为 四个多路复用选择器，第一多路复用选择器的第一输入端与所述第一部分积寄存器的输出 端电性连接，第二多路复用选择器的第一输入端与所述第二部分积寄存器的输出端电性连 接，第三多路复用选择器的第一输入端与所述第三输入寄存器的输出端电性连接，第四多 路复用选择器的第一输入端与所述第四输入寄存器的输出端电性连接，同时，所述第一多 路复用选择器、所述第二多路复用选择器、所述第三多路复用选择器和所述第四多路复用 选择器的第二输入端均配置为"〇"输入。
[0019] 上述的一种可配置可扩展的流水线乘累加器，其中，所述控制选择器为一个控制 选择器，且所述控制选择器的输出端均连接于所述第一多路复用选择器、所述第二多路复 用选择器、所述第三多路复用选择器和所述第四多路复用选择器的控制端。
[0020] 上述的一种可配置可扩展的流水线乘累加器，其中，所述加法器为一个加法器，且 所述加法器的四个输入端分别与所述第一多路复用选择器、所述第二多路复用选择器、所 述第三多路复用选择器和所述第四多路复用选择器的输出端电性连接。
[0021] 上述的一种可配置可扩展的流水线乘累加器，其中，所述多个输出寄存器为两个 输出寄存器，第一输出寄存器的输入端与所述加法器的进位输出端电性连接，第二输出寄 存器的输入端与所述加法器的结果输出端电性连接，所述第一输出寄存器的输出端还电性 连接于所述第三多路复用选择器的第三输入端，所述第二输出寄存器的输出端还电性连接 于所述第四多路复用选择器的第三输入端。
[0022] 上述技术方案具有如下优点或者有益效果：
[0023] 本发明提供的一种可配置可扩展的流水线乘累加器，在结构设计中增加控制选择 器，从而能够使得该可配置可扩展的流水线乘累加器能根据用户的应用要求，通过采取不 同的配置方式实现乘、乘加、乘累加等运算功能，从而实现不同位宽的运算功能；同时，在结 构设计中增加多个寄存器，实现了内部级联和流水结构，从而克服了现有技术中的乘累加 器运算速度和效率较低的问题；另外，在整个的设计结构中采用反馈信号的电性连接，能够 实现多个可配置可扩展的流水线乘累加器进行级联，从而实现高效的并行累加运算，能够 满足大容量数据、高速信号处理的应用需求；并且该结构设计紧凑，从而克服了现有技术中 的乘累加器结构设计较为复杂导致成本较大的问题；所以，本发明提供的可配置可扩展的 流水线乘累加器一方面结构设计较为紧凑，另一方面，运算速度和效率大大提高，并且扩展 灵活，实现用户可配置。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、夕卜 形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比 例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0025] 图1为本发明实施例1提供的可配置可扩展的流水线乘累加器的结构设计图；
[0026] 图2为本发明实施例1提供的可配置可扩展的流水线乘累加器的简化示意图；
[0027] 图3为本发明实施例1提供的应用可配置可扩展的流水线乘累加器级联后的结构 示意图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限 定。
[0029] 实施例1 :
[0030] 图1为本发明实施例1提供的可配置可扩展的流水线乘累加器的结构设计图；如 图所示，本发明实施例1提供的可配置可扩展的流水线乘累加器包括：四个输入寄存器，用 于寄存输入的数据，其中，第一输入寄存器Regll、第二输入寄存器Regl2和第四输入寄存 器Regl4的输入端分别与第一数字输入端D1、第二数字输入端D2和第三数字输入端D3电 性连接，第三输入寄存器Regl3的输入端与进位输入端CARRYIN电性连接；
[0031] -个乘法器MULT，该乘法器MULT的输入端与第一输入寄存器Regll和第二输入寄 存器Regl2的输出端电性连接，该乘法器MULT用于对第一输入寄存器Regll和第二输入寄 存器Regl2中的数据进行乘法操作；
[0032] 两个部分积寄存器，第一部分积寄存器Reg21和第二部分积寄存器Reg22的输入 端均与乘法器MULT的输出端电性连接，该两个部分积寄存器用于寄存乘法器的输出数据；
[0033] 四个多路复用选择器，第一多路复用选择器MUX1的第一输入端与第一部分积寄 存器Reg21的输出端电性连接，第二多路复用选择器MUX2的第一输入端与第二部分积寄 存器Reg22的输出端电性连接，第三多路复用选择器MUX3的第一输入端与第三输入寄存 器Regl3的输出端电性连接，第四多路复用选择器MUX4的第一输入端与第四输入寄存器 Regl4的输出端电性连接，同时，第一多路复用选择器MUX1、第二多路复用选择器MUX2、第 三多路复用选择器MUX3和第四多路复用选择器MUX4的第二输入端均配置为"0"输入，多 路复用选择器的作用在于选择其输入端数据中的一个作为其输出；
[0034] 一个控制选择器SEL，控制选择器SEL的输出端均连接于第一多路复用选择器 MUX1、第二多路复用选择器MUX2、第三多路复用选择器MUX3和第四多路复用选择器MUX4的 控制端，用于控制选择四个多路复用选择器中的一个；
[0035] 一个加法器ADDER，加法器ADDER的四个输入端分别与第一多路复用选择器MUX1、 第二多路复用选择器MUX2、第三多路复用选择器MUX3和第四多路复用选择器MUX4的输出 端电性连接，用于进行加法操作；
[0036] 两个输出寄存器，用于寄存加法操作后的数据，其中，第一输出寄存器Reg31的输 入端与加法器ADDER的进位输出端CARRYOUT电性连接，第二输出寄存器Reg32的输入端与 加法器ADDER的结果输出端Q电性连接，第一输出寄存器Reg31的输出端还电性连接于第 三多路复用选择器MUX3的第三输入端，第二输出寄存器Reg32的输出端还电性连接于第四 多路复用选择器MUX4的第三输入端。
[0037] 该可配置可扩展的流水线乘累加器可根据应用需求，可实现不同位宽的运算功 能，如：D1位宽为"X"、D2位宽为"Y"、D3位宽为"X+Y"，输出结果Q位宽为"Z"，且Z兰X+Y， 可实现"X"位宽与"Y"位宽乘的结构，得到"Z"位宽的输出结果。
[0038] 该可配置可扩展的流水线乘累加器的结构中含有输入寄存器、部分积寄存器、输 出寄存器，可实现三级的流水，能提高运算速度和效率。
[0039] 该可配置可扩展的流水线乘累加器由用户配置选择不同的SEL值，可实现灵活的 运算功能，用户配置SEL值及实现的运算功能如下表所示。
[0040]
【权利要求】
1. 一种可配置可扩展的流水线乘累加器，其特征在于，包括： 多个输入寄存器，其配置为寄存输入的数据； 乘法器，其配置为对多个所述寄存器中的数据进行乘法操作； 多个部分积寄存器，其配置为寄存所述乘法器的输出数据； 多个多路复用选择器，其配置为选择其输入的一数据作为其输出； 控制选择器，其配置为控制选择所述多个多路复用选择器中的一个； 加法器，其配置为对所述多个多路复用选择器的输出进行加法操作； 多个输出寄存器，其配置为寄存所述加法操作后的输出数据。
2. 如权利要求1所述的一种可配置可扩展的流水线乘累加器，其特征在于，所述多个 输入寄存器为四个输入寄存器，第一输入寄存器、第二输入寄存器和第四输入寄存器的输 入端分别与第一数字输入端、第二数字输入端和第三数字输入端电性连接，第三输入寄存 器的输入端与进位输入端电性连接。
3. 如权利要求2所述的一种可配置可扩展的流水线乘累加器，其特征在于，所述乘法 器为一个乘法器，且所述乘法器的输入端与所述第一输入寄存器和所述第二输入寄存器的 输出端电性连接。
4. 如权利要求3所述的一种可配置可扩展的流水线乘累加器，其特征在于，所述多个 部分积寄存器为两个部分积寄存器，且第一部分积寄存器和第二部分积寄存器的输入端均 与所述乘法器的输出端电性连接。
5. 如权利要求4所述的一种可配置可扩展的流水线乘累加器，其特征在于，所述多个 多路复用选择器为四个多路复用选择器，第一多路复用选择器的第一输入端与所述第一部 分积寄存器的输出端电性连接，第二多路复用选择器的第一输入端与所述第二部分积寄存 器的输出端电性连接，第三多路复用选择器的第一输入端与所述第三输入寄存器的输出端 电性连接，第四多路复用选择器的第一输入端与所述第四输入寄存器的输出端电性连接， 同时，所述第一多路复用选择器、所述第二多路复用选择器、所述第三多路复用选择器和所 述第四多路复用选择器的第二输入端均配置为"〇"输入。
6. 如权利要求5所述的一种可配置可扩展的流水线乘累加器，其特征在于，所述控制 选择器为一个控制选择器，且所述控制选择器的输出端均连接于所述第一多路复用选择 器、所述第二多路复用选择器、所述第三多路复用选择器和所述第四多路复用选择器的控 制端。
7. 如权利要求6所述的一种可配置可扩展的流水线乘累加器，其特征在于，所述加法 器为一个加法器，且所述加法器的四个输入端分别与所述第一多路复用选择器、所述第二 多路复用选择器、所述第三多路复用选择器和所述第四多路复用选择器的输出端电性连 接。
8. 如权利要求7所述的一种可配置可扩展的流水线乘累加器，其特征在于，所述多个 输出寄存器为两个输出寄存器，第一输出寄存器的输入端与所述加法器的进位输出端电性 连接，第二输出寄存器的输入端与所述加法器的结果输出端电性连接，所述第一输出寄存 器的输出端还电性连接于所述第三多路复用选择器的第三输入端，所述第二输出寄存器的 输出端还电性连接于所述第四多路复用选择器的第三输入端。
【文档编号】G06F7/533GK104102470SQ201410353740
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】胡凯, 冯盛, 万清, 闫华, 刘瑛 申请人:中国电子科技集团公司第五十八研究所