16位DSP處理器的移位器功能及結構分析

來源：IC解密處理器的移位器主要執(zhí)行的是兩類功能：一是實現(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，即從16位的輸入數(shù)據(jù)中檢測出前導冗余位的位數(shù)（從高位起），作為結果指數(shù)輸出到寄存器。
　　移位操作主要有三種：邏輯移位，算術移位和規(guī)格化操作。它們都可以在左右兩個方向進行，但不能進行循環(huán)移位。執(zhí)行邏輯移位時，它的輸入看作是無符號數(shù)，移位后左右兩邊的空位均用0填充；算術移位時，輸入看作有符號補碼數(shù)，移位后左邊的空位填充符號位，右邊補0；規(guī)格化操作和上述兩種移位操作相似，但擴展位情況比較復雜一些，移位后右邊填0，左邊的空位要根據(jù)移位控制信號的不同情況填充0、符號位或算術狀態(tài)寄存器中的進位標志位AC。三種移位操作中移出邊界（SR39或SR0）的位都被舍棄。
　　指數(shù)檢測的目的是進行類似于定點到浮點的數(shù)據(jù)轉換。一個定點數(shù)，可以用一個包含尾數(shù)和指數(shù)（也稱階碼）的浮點數(shù)來表示，這樣可以提高數(shù)據(jù)的表數(shù)范圍，同時使得我們的定點DSP能在不增加浮點算法開銷的情況下獲得浮點DSP的某些運算能力。指數(shù)檢測（也稱為指數(shù)提?。┑慕Y果就作為指數(shù)，然后用這個指數(shù)作為移位控制碼對輸入數(shù)據(jù)進行規(guī)格化操作，就得到了尾數(shù)。也可以采用這個方法使一串數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)塊）共用同一個指數(shù)，只是各自的尾數(shù)不同，這種數(shù)據(jù)格式稱為塊浮點格式。
結構分析 　　
    移位器陣列是一個16×40的桶形移位器[2]。它用于實現(xiàn)各種移位功能：邏輯移位，算術移位和規(guī)格化操作。輸入數(shù)據(jù)都是16位寬，移位后的40位結果分為三部分分別送到三個移位結果寄存器（統(tǒng)稱為SR）：SR2，SR1，SR0。移位操作由一個移位控制碼（SHIFT_CODE）和一個參考信號 (HI/LO) 來控制。移位控制碼是一個8位的有符號數(shù)，它表示移位的方向和位數(shù)，當它為正時左移，為負時右移。根據(jù)不同的移位操作，它的來源有4個：移位器指數(shù)寄存器SE的內容，SE寄存器的內容的相反數(shù)，來自指令的立即數(shù)，指令立即數(shù)的相反數(shù)。對于算術移位和邏輯移位，移位控制碼來自移位器指數(shù)寄存器SE或指令中的立即數(shù)；對于規(guī)格化操作，移位控制碼為移位器指數(shù)寄存器SE內容或指令中立即數(shù)取反。移位器陣列可實現(xiàn)-128－127范圍內任意位數(shù)的移位。參考信號（HI/LO）決定移位操作相對于輸出域的參考點，它主要是為了實現(xiàn)32位雙精度數(shù)據(jù)移位操作而設的。當參考信號為HI時，認為輸入是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；當參考信號為LO時，認為輸入是32位數(shù)據(jù)的低16位，移位的參考點為輸出域的低16位。連續(xù)進行兩次不同參考點的16位輸入的移位操作，然后把兩個結果相“或”，就可實現(xiàn)一個雙精度32位數(shù)據(jù)的移位操作。移位擴展位（X）就是移位操作后左邊的填充位，根據(jù)不同的移位操作，這個擴展位可以是0、輸入數(shù)的符號位或ASTAT中的進位標志位AC。若為邏輯移位，擴展位為0；若為算術移位，擴展位為輸入符號位；若是規(guī)格化操作，情況較為復雜，又分3種情況[3]：如果是高位規(guī)格化，即參考信號為HI時，左移時擴展位為符號位，右移時擴展位為進位標志位AC；如果是低位規(guī)格化，無論左移還是右移，擴展位都為0。
　　OR/PASS邏輯就可實現(xiàn)上述的“或”操作。它根據(jù)SR_OR控制信號決定是否對結果進行“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，就不需要進行“或”操作，移位結果直接輸出到結果寄存器；若進行的是32位操作的第2次16位移位操作，移位結果就要和第1次操作的結果相“或”后送到結果寄存器。
　　指數(shù)檢測器實現(xiàn)的是從16位輸入中提取指數(shù)的功能，這個指數(shù)可看作冗余符號位數(shù)，它等于前導相同位數(shù)減1。為實現(xiàn)一個32位雙精度數(shù)的操作，指數(shù)提取要受到HIX_HI_LO信號的控制，這個信號表示三種不同的操作方式：高位（HI）、高位擴展（HIX）、低位（LO）。若為HI操作方式，則認為輸入是32位數(shù)據(jù)的高16位，提取出的結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)檢測器要考慮AV標志位，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）選項的操作一樣；若為LO方式，輸入就是32位數(shù)據(jù)的低16位，這時的檢測結果只有在高16位全為0或全為1、且低16位的冗余符號位和高16位相同時才有效，此時，結果為低16位的指數(shù)加上16，否則結果不輸出。由此可見，這里需要比較兩次輸入的符號位，所以在提取指數(shù)的同時可能還要更新移位輸入符號標志位SS。實質上，由于規(guī)格化時的移位控制碼是SE寄存器的內容的相反數(shù)，為實現(xiàn)左移，在上述HI和LO操作方式中，提取出的結果要取相反數(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，實現(xiàn)塊浮點格式。如果要實現(xiàn)1個16位輸入的指數(shù)提取操作，只要把結果直接送到SE即可，不經過比較邏輯；如果要實現(xiàn)一串數(shù)據(jù)的塊指數(shù)提取操作，則每次提取結果都要進行一次比較，把較大的指數(shù)值保存在SB中，當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。