原创 DSP硬件实现的优化(四)—快速准确的评估高速超大规模的并行乘加电路组合逻辑资源

    在高速超大规模的并行乘加电路的设计中（FIR或者其他运算形式），经常使用booth编码把各乘法化解成部分积，然后用CSA为基本组成单位来进入Wallace tree进行压缩，直到得到S和2C为止。在DC综合中，经常把其中的CSA单元设为dont touch，不去优化，所以当电路需要跑高速的时候，这部分逻辑资源不会产生变化，变化的只是加入了pipeline寄存器。因此这种架构具有非常明显的资源优势。那么应该在还没写代码进行综合的时候准确的评估其逻辑资源呢？方法如下：

    1. Booth编码器的资源。假设分解为n比特的部分积，那么只要知道平均做booth编码时每比特大概占用多少资源即可。现分析如下：做部分积的时候，有5种可能性，0, a, -a，2a，-2a（带符号移位）。这五种可能性取决于另外一个低位乘数的a(i+1)，a(i)和a(i-1)，因此该部分编码电路每比特可以等效为一个Mux4再加几个小的逻辑门即可，因为0这个数可以被其他门电路做逻辑运算取代，所以只需两个mux2即可。部分积取负操作需要取反加一，为了改进时序，做booth编码时候只做取反操作，加一操作和其他项组成部分积。因此每比特的booth编码器耗费资源一般不超过10门，经实际分析，以9个门左右为经验值。

    2. 做Wallace tree时使用的CSA资源。N个n比特的部分积需要N-2个n比特的CSA，因为Wallace tree的压缩的目的就是把所有的部分积压缩到只剩下两个数相加，而每组CSA只能减少一个部分积，而一个设计良好的Wallace tree，不会发生做压缩时产生的位宽扩展现象，所以CSA资源基本上为N-2个n比特的CSA 。一个CSA等价的门数看驱动能力而定，一般经验值取为9.

   3. 最后一级的全加器资源。该部分资源在大规模设计中基本上可以忽略不计。

    综上所述，评估该种架构的乘加电路组合逻辑资源可以使用该种方式，而根据DC综合出来的资源结果跟预估结果事实上也相差无几。