基于PLC的SD加法器在DSP領(lǐng)域中的應(yīng)用

何召蘭 袁麗英 徐倩 　　摘 要：本文提出了一種以sd(singed_digit)數(shù)表示的求和計(jì)算方法，克服了傳統(tǒng)的二進(jìn)制數(shù)表示求和過(guò)程中產(chǎn)生的進(jìn)位對(duì)運(yùn)算速度的限制。并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用硬件描述語(yǔ)言(vhdl)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于可編程邏輯器件(pld)的sd加法器，簡(jiǎn)化了求和運(yùn)算過(guò)程。實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)這種算法可得到運(yùn)算速度高、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高速加法器。以滿足數(shù)字信號(hào)處理(dsp)系統(tǒng)的高性能要求。 關(guān)鍵詞：pldsd數(shù)表示 sd加法器 dsp???? 信息社會(huì)的標(biāo)志性產(chǎn)品是電子產(chǎn)品，現(xiàn)代電子產(chǎn)品的性能越來(lái)越高，復(fù)雜度越來(lái)越大。在當(dāng)今信息時(shí)代，數(shù)字技術(shù)已成主流。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)(dsp)在許多領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛的用途，如雷達(dá)、圖象處理、數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)字通信機(jī)等。傳統(tǒng)的解決數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題的方法主要有兩種：(1)采用dsp處理器，(2)采用固定功能的dsp器件或asic器件。隨著dsp系統(tǒng)復(fù)雜程序和功能要求的提高，這些dsp解決方案暴露出缺陷。dsp處理器方案成本低，但處理數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性能差，限制了它在高速和實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用；固定功能的dap器件或asic器件可提供良好的實(shí)時(shí)性，但其靈活性差，不適合在實(shí)驗(yàn)室或技術(shù)開發(fā)等場(chǎng)和使用。現(xiàn)在，大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷閐sp提供了第三種方案，cpld及fpga和dsp技術(shù)結(jié)合，能夠在集成度、速度和系統(tǒng)功能方面滿足dsp的需要，同時(shí)具備dsp處理器的靈活性和固定功能dsp芯片的實(shí)時(shí)性［2］。? 加法器和乘法器是構(gòu)成所有dsp系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。加法器是最基本的dsp算法，無(wú)論乘法、減法、除法或fft運(yùn)算最終也要分解為加法運(yùn)算。應(yīng)用傳統(tǒng)的二進(jìn)制數(shù)表示實(shí)現(xiàn)的許多超大規(guī)模集成運(yùn)算電路可完成大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)運(yùn)算，但進(jìn)位限制了運(yùn)算速度［3］。因此，一個(gè)沒(méi)有進(jìn)位的求和運(yùn)算系統(tǒng)是眾所期望的。? sd數(shù)是一種性能優(yōu)良的數(shù)值表示形式［4］，在運(yùn)算過(guò)程中可限制進(jìn)位的產(chǎn)生，且位數(shù)的增加不影響運(yùn)算速度，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的并行運(yùn)算。在本文中我們提出了一種新型的基于以2為基數(shù)p位sd數(shù)表示的加法電路。以下給出了sd數(shù)的表示方法，并用sd數(shù)在可編程邏輯器件［2］上用硬件描述語(yǔ)言(vhld)實(shí)現(xiàn)sd加法器。1 以2為基數(shù)的sd數(shù)表示方法?
2 用sd數(shù)表示的求和算法 應(yīng)用以上sd數(shù)表示方法，無(wú)需進(jìn)位即可實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算。而通常以二進(jìn)制數(shù)表示的加法運(yùn)算過(guò)程中都要產(chǎn)生因?yàn)椋粩?shù)越多產(chǎn)生的進(jìn)位越多，將嚴(yán)重影響運(yùn)算速度［1］。兩個(gè)p位sd數(shù)相加，即s=a+b，可通過(guò)以下兩步實(shí)現(xiàn)。? 設(shè)ci、mi和si分別是第i位sd數(shù)(i=0,1,2,…，p-1)的中間進(jìn)位、中間和及結(jié)果，每一位都按以下兩個(gè)步驟進(jìn)行計(jì)算。


p=5時(shí)，a=(1,0,-1,-1,-1)sd＝9，b=(1,-1,0,-1,-1)sd＝5，圖1說(shuō)明了不同p值的sd數(shù)表示的5+9=14的計(jì)算過(guò)程。?　 由圖1可知，應(yīng)用以上算法實(shí)現(xiàn)的求和過(guò)程只需兩步即可完成，且運(yùn)算速度與操作數(shù)位數(shù)無(wú)關(guān)。而傳統(tǒng)的二進(jìn)制數(shù)求和運(yùn)算則有進(jìn)位產(chǎn)生，并行進(jìn)位加法器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但產(chǎn)生的進(jìn)位信號(hào)逐級(jí)傳遞，降低了運(yùn)算速度，操作數(shù)位數(shù)越多，運(yùn)算速度越慢；超前進(jìn)位加法器可縮短運(yùn)算進(jìn)間，但增加了電路復(fù)雜程度，當(dāng)加法器位數(shù)增加時(shí)電路的復(fù)雜程度隨之急劇上升［1］。sd加法器可克服其缺點(diǎn)。??3 用vhld實(shí)現(xiàn)sd加法器? 根據(jù)sd數(shù)求和算法基礎(chǔ)上，圖2給出了sd加法器的方框圖。一個(gè)p位sd加法器由p個(gè)基本運(yùn)算單元?sd全加器(sdfa)組成，每一個(gè)sdfa包含add1和add2，add1執(zhí)行上述算法中的第一步，add2執(zhí)行第二步。sdfa的邏輯電路可用vhdl實(shí)現(xiàn)。? vhdl是一種全方位的硬件描述語(yǔ)言，包括從系統(tǒng)到電路的所有設(shè)計(jì)層次［6］。在描述風(fēng)格上vhdl支持結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流行和行為3種描述形式的混合描述，幾乎覆蓋了以往各種語(yǔ)句描述語(yǔ)言的功能。整個(gè)自頂向下或自底向上的電路設(shè)計(jì)過(guò)程都可以用vhdl來(lái)完成［5］。本文應(yīng)用hvdl設(shè)計(jì)以上提出的sd求和算法電路-sd加法器。?　 表1中規(guī)定了以2為基數(shù)sd數(shù)ai的二進(jìn)制表示方法，其中ai(1)是ai的符號(hào)，ai(0)是ai的絕地值。因此，以2為基數(shù)的p位sd數(shù)可由2p維向量表示： 欲知詳情，請(qǐng)下載word文檔 下載文檔