解析计算机体系结构中的MACs实现

2023-12-14 04:39| 来源: 网络整理| 查看: 265

矩阵乘法包含大量的a+b*c类运算，因此常在运算中将乘法器和加法器合成一个计算单元，进程乘法累加操作，这个单元被称为MACs(multiply and accumulate operations.MAC).乘法运算是数学中重要的基本算术运算，乘法累加操作在数字信号处理中被广泛应用，比如，FFT,DFT，卷积计算，甚至是微控制器的ALU中的通用计算单元都能见到它的身影。在DSP应用中，比通用处理器更加侧重MACs的设计，MACs的逻辑实现通常是数字电路设计中Critical path的主要贡献方，设计的好坏决定了PPA,本文试图从软件视角搞清楚MACs是什么以及如何工作的。

设计原理

MACs顶层实现方框图如下，其中的operand_1 和 operand_2是32位输入操作数，MACs操作的结果通过64位的Result pin输出，内部的64位加法器将乘法器的输出作为第一个操作数，与存储在内部的第二个加法操作数相加，第二个操作数的来源一般是上一个周期的Result结果，得到Result输出和进位信号Carry,这里的32x32表示两32位输入的MAC，并非是乘法，也并非代表个数，如果N个这样的MAC，一般表示为N*32x32MAC.

MAC内部结构：

一个用VHDL实现的MACs单元逻辑： 1 LIBRARY ieee; 2 USE ieee.std_logic_1164.ALL; 3 USE ieee.numeric_std.ALL; 4 5 ENTITY mac IS 6 GENERIC (n : INTEGER := 4); --define X and Y size 7 PORT ( 8 ck : IN STD_LOGIC; 9 rst : IN STD_LOGIC; 10 X : IN SIGNED (n-1 DOWNTO 0); --n 11 Y : IN SIGNED (n-1 DOWNTO 0); --n 12 A : OUT SIGNED ((2+2*n)-1 DOWNTO 0) --2+2n (include two leading bits for overflow) 13 ); 14 END mac; 15 16 ARCHITECTURE hdl OF mac IS 17 SIGNAL acc : SIGNED ((2+2*n)-1 DOWNTO 0) := (OTHERS => '0'); --2+2n 18 19 BEGIN 20 21 PROCESS (ck) 22 BEGIN 23 IF rising_edge(ck) THEN 24 IF rst ='0' THEN --reset accumulator at low 25 acc '0'); 26 ELSE 27 acc

【本文地址】

公司简介

联系我们