16位DSP處理器的移位器功能及結(jié)構(gòu)分析

來(lái)源：IC解密處理器的移位器主要執(zhí)行的是兩類(lèi)功能：一是實(shí)現(xiàn)移位操作，它的輸入是16位，移位后的輸出是40位。二是指數(shù)檢測(cè)，即從16位的輸入數(shù)據(jù)中檢測(cè)出前導(dǎo)冗余位的位數(shù)（從高位起），作為結(jié)果指數(shù)輸出到寄存器。
　　移位操作主要有三種：邏輯移位，算術(shù)移位和規(guī)格化操作。它們都可以在左右兩個(gè)方向進(jìn)行，但不能進(jìn)行循環(huán)移位。執(zhí)行邏輯移位時(shí)，它的輸入看作是無(wú)符號(hào)數(shù)，移位后左右兩邊的空位均用0填充；算術(shù)移位時(shí)，輸入看作有符號(hào)補(bǔ)碼數(shù)，移位后左邊的空位填充符號(hào)位，右邊補(bǔ)0；規(guī)格化操作和上述兩種移位操作相似，但擴(kuò)展位情況比較復(fù)雜一些，移位后右邊填0，左邊的空位要根據(jù)移位控制信號(hào)的不同情況填充0、符號(hào)位或算術(shù)狀態(tài)寄存器中的進(jìn)位標(biāo)志位AC。三種移位操作中移出邊界（SR39或SR0）的位都被舍棄。
　　指數(shù)檢測(cè)的目的是進(jìn)行類(lèi)似于定點(diǎn)到浮點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。一個(gè)定點(diǎn)數(shù)，可以用一個(gè)包含尾數(shù)和指數(shù)（也稱(chēng)階碼）的浮點(diǎn)數(shù)來(lái)表示，這樣可以提高數(shù)據(jù)的表數(shù)范圍，同時(shí)使得我們的定點(diǎn)DSP能在不增加浮點(diǎn)算法開(kāi)銷(xiāo)的情況下獲得浮點(diǎn)DSP的某些運(yùn)算能力。指數(shù)檢測(cè)（也稱(chēng)為指數(shù)提?。┑慕Y(jié)果就作為指數(shù)，然后用這個(gè)指數(shù)作為移位控制碼對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)格化操作，就得到了尾數(shù)。也可以采用這個(gè)方法使一串?dāng)?shù)據(jù)（數(shù)據(jù)塊）共用同一個(gè)指數(shù)，只是各自的尾數(shù)不同，這種數(shù)據(jù)格式稱(chēng)為塊浮點(diǎn)格式。
結(jié)構(gòu)分析 　　
    移位器陣列是一個(gè)16×40的桶形移位器[2]。它用于實(shí)現(xiàn)各種移位功能：邏輯移位，算術(shù)移位和規(guī)格化操作。輸入數(shù)據(jù)都是16位寬，移位后的40位結(jié)果分為三部分分別送到三個(gè)移位結(jié)果寄存器（統(tǒng)稱(chēng)為SR）：SR2，SR1，SR0。移位操作由一個(gè)移位控制碼（SHIFT_CODE）和一個(gè)參考信號(hào) (HI/LO) 來(lái)控制。移位控制碼是一個(gè)8位的有符號(hào)數(shù)，它表示移位的方向和位數(shù)，當(dāng)它為正時(shí)左移，為負(fù)時(shí)右移。根據(jù)不同的移位操作，它的來(lái)源有4個(gè)：移位器指數(shù)寄存器SE的內(nèi)容，SE寄存器的內(nèi)容的相反數(shù)，來(lái)自指令的立即數(shù)，指令立即數(shù)的相反數(shù)。對(duì)于算術(shù)移位和邏輯移位，移位控制碼來(lái)自移位器指數(shù)寄存器SE或指令中的立即數(shù)；對(duì)于規(guī)格化操作，移位控制碼為移位器指數(shù)寄存器SE內(nèi)容或指令中立即數(shù)取反。移位器陣列可實(shí)現(xiàn)-128－127范圍內(nèi)任意位數(shù)的移位。參考信號(hào)（HI/LO）決定移位操作相對(duì)于輸出域的參考點(diǎn)，它主要是為了實(shí)現(xiàn)32位雙精度數(shù)據(jù)移位操作而設(shè)的。當(dāng)參考信號(hào)為HI時(shí)，認(rèn)為輸入是32位數(shù)據(jù)的高16位，移位以40位輸出域的高16位為參考點(diǎn)；當(dāng)參考信號(hào)為L(zhǎng)O時(shí)，認(rèn)為輸入是32位數(shù)據(jù)的低16位，移位的參考點(diǎn)為輸出域的低16位。連續(xù)進(jìn)行兩次不同參考點(diǎn)的16位輸入的移位操作，然后把兩個(gè)結(jié)果相“或”，就可實(shí)現(xiàn)一個(gè)雙精度32位數(shù)據(jù)的移位操作。移位擴(kuò)展位（X）就是移位操作后左邊的填充位，根據(jù)不同的移位操作，這個(gè)擴(kuò)展位可以是0、輸入數(shù)的符號(hào)位或ASTAT中的進(jìn)位標(biāo)志位AC。若為邏輯移位，擴(kuò)展位為0；若為算術(shù)移位，擴(kuò)展位為輸入符號(hào)位；若是規(guī)格化操作，情況較為復(fù)雜，又分3種情況[3]：如果是高位規(guī)格化，即參考信號(hào)為HI時(shí)，左移時(shí)擴(kuò)展位為符號(hào)位，右移時(shí)擴(kuò)展位為進(jìn)位標(biāo)志位AC；如果是低位規(guī)格化，無(wú)論左移還是右移，擴(kuò)展位都為0。
　　OR/PASS邏輯就可實(shí)現(xiàn)上述的“或”操作。它根據(jù)SR_OR控制信號(hào)決定是否對(duì)結(jié)果進(jìn)行“或”操作，如果是普通的16位操作或32位雙精度數(shù)移位的第一次操作，就不需要進(jìn)行“或”操作，移位結(jié)果直接輸出到結(jié)果寄存器；若進(jìn)行的是32位操作的第2次16位移位操作，移位結(jié)果就要和第1次操作的結(jié)果相“或”后送到結(jié)果寄存器。
　　指數(shù)檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)的是從16位輸入中提取指數(shù)的功能，這個(gè)指數(shù)可看作冗余符號(hào)位數(shù)，它等于前導(dǎo)相同位數(shù)減1。為實(shí)現(xiàn)一個(gè)32位雙精度數(shù)的操作，指數(shù)提取要受到HIX_HI_LO信號(hào)的控制，這個(gè)信號(hào)表示三種不同的操作方式：高位（HI）、高位擴(kuò)展（HIX）、低位（LO）。若為HI操作方式，則認(rèn)為輸入是32位數(shù)據(jù)的高16位，提取出的結(jié)果直接輸出到移位器指數(shù)寄存器SE或移位器塊指數(shù)寄存器SB；若為HIX方式，輸入就被認(rèn)為可能是執(zhí)行ALU操作后已溢出的數(shù)據(jù)，所以指數(shù)檢測(cè)器要考慮AV標(biāo)志位，如果AV位為1，表示數(shù)據(jù)已溢出，指數(shù)就為+1，否則，和（HI）選項(xiàng)的操作一樣；若為L(zhǎng)O方式，輸入就是32位數(shù)據(jù)的低16位，這時(shí)的檢測(cè)結(jié)果只有在高16位全為0或全為1、且低16位的冗余符號(hào)位和高16位相同時(shí)才有效，此時(shí)，結(jié)果為低16位的指數(shù)加上16，否則結(jié)果不輸出。由此可見(jiàn)，這里需要比較兩次輸入的符號(hào)位，所以在提取指數(shù)的同時(shí)可能還要更新移位輸入符號(hào)標(biāo)志位SS。實(shí)質(zhì)上，由于規(guī)格化時(shí)的移位控制碼是SE寄存器的內(nèi)容的相反數(shù)，為實(shí)現(xiàn)左移，在上述HI和LO操作方式中，提取出的結(jié)果要取相反數(shù)才輸出到SE或SB寄存器。
　　指數(shù)比較邏輯用于找出輸入數(shù)據(jù)塊中各指數(shù)的最大值，實(shí)現(xiàn)塊浮點(diǎn)格式。如果要實(shí)現(xiàn)1個(gè)16位輸入的指數(shù)提取操作，只要把結(jié)果直接送到SE即可，不經(jīng)過(guò)比較邏輯；如果要實(shí)現(xiàn)一串?dāng)?shù)據(jù)的塊指數(shù)提取操作，則每次提取結(jié)果都要進(jìn)行一次比較，把較大的指數(shù)值保存在SB中，當(dāng)全部提取和比較完成后，SB中保存的就是各輸入數(shù)據(jù)的指數(shù)的最大值。