KR100251546B1 - Digital signal processor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 각종 디지탈(Digital)신호를 소프트웨어에 의해 처리하는 디지탈신호처리기(Digital Signal Processori 이하 "DSP"라 함)에 관한 것이다.The present invention relates to a digital signal processor (hereinafter referred to as "DSP") for processing various digital signals by software.
DSP는 연산기능을 가지는 중앙처리장치(Central Processing Unit : 이하 "CPU"라 함)의 일종으로서, 원래 미합중국의 전자회사인 "텍사스 인스트 루먼츠 (Texas Instruments; 이하 "TI"라 함) 사의 주도하에 발전되었다. 이 DSP는 최근에 비디오 및 오디오신호의 처리에 적용되면서 그 사용이 급격하게 증가되고 있다. 특히, 오디오신호의 여러가지 처리방식들 중에서 MPEG(Moving Picture Expert Group)에 의해 국제표준으로 제정되어진 오디오압축알고리듬인 "뮤지캠(Musicam)" 이나 "돌비(Dolby) 사"의 디지탈 오디오 압축·복원 알고리듬인 "AC-3" 등을 구현하는 DSP들이 급격하게 출현하고 있다. 이에 따라, 세계 유수의 기업들(특히, 구미의 여러회사들)은 자사의 이익을 증대하기 위하여 자사 고유의 독자적인 DSP의 개발에 박차를 가하고 있는 실정이다.DSP is a type of central processing unit (CPU) with arithmetic functions, originally led by the US electronics company "Texas Instruments" (TI). This DSP has recently been applied to the processing of video and audio signals, and its use has increased rapidly, especially among the various processing methods of audio signals, which has been set internationally by MPEG (Moving Picture Expert Group). DSPs that implement the audio compression algorithm "Musicam" and "Dolby" digital audio compression and restoration algorithm "AC-3" are rapidly emerging. Companies, especially in the West, are spurring the development of their own DSPs to increase their profits.
이러한 오디오신호 처리용의 DSP는 지금까지 보편적으로 사용되어온 "TI"사의 고정소수점(Fixed-Point) DSP에 비하여 내부 연산을 위한 워드길이(Wrord Length)가 길다. 예를 들면, "TI"사의 TMS320C5x 시리즈의 DSP는 16 비트(Bits)의 데이타 워드길이와 32 비트의 연산로직유니트(Arithmatic Logic Unit, 이하 "ALU"라 함)를 구비하는 반면에 MEPG의 "뮤지캠" 및 돌비 사의 "AC-3"을 구현히기 위해 개발되어진 최근의 DSP들은 거의 모두 20비트 이상의 데이타 워드길이와 48 비트 이상의 ALU를 구비하고 있다. 좀 더 구체적으로 언급하면, "야마하(Yamaha)"사의 "YSS243", "모토로라(Motorola)"사의 "DSP5600x". "크리스탈 세미콘덕터(Crystal Semiconductor)"사의 "CS2923" 및 "메디아닉스 세미콘덕터(Medianix Semiconduc tor)"사의 MED25201 등의 DSP들은 모두 "돌비"사의 "AC-3"의 오디오신호를 디코딩( Decoding)하기 위해 24 비트의 데이타 워드길이와 56비트의 ALU를 구비한다. 또한, "조란(Zoran)"사의 "ZR38000" 및 "후지쓰(Fujitsu)"의 "MB86342" 등과 같은 DSP들은 모두 "돌비"사의 "AC-3"의 오디오신호를 디코딩하기 위해 20 비트의 데이타 워드길이와 48 비트의 ALU를 구비한다.The DSP for audio signal processing has a longer Word Length for internal calculations than the fixed-point DSP of TI, which has been commonly used up to now. For example, the "TI" TMS320C5x series DSPs have a 16-bit data word length and a 32-bit Arithmetic Logic Unit ("ALU"), while the MEPG "music" The latest DSPs developed to implement Cam and Dolby's "AC-3" have nearly 20-bit data word length and 48-bit ALU. More specifically, "YSS243" from "Yamaha" and "DSP5600x" from "Motorola". DSPs such as "CS2923" from "Crystal Semiconductor" and MED25201 from "Medianix Semiconducer" both decode audio signals of "Dolby" "AC-3". It has a 24-bit data word length and a 56-bit ALU. Also, DSPs such as "ZR38000" from "Zoran" and "MB86342" from "Fujitsu" are all 20-bit data word lengths for decoding audio signals of "AC-3" from "Dolby". And 48 bit ALU.
이와 같은 구성되어진 DSP들은 모두 N비트의 길이를 가지는 두개의 데이타를 제1도에서와 같이 연산하게 된다. 제1 및 제2 데이타(10, 12)는 메모리로부터 판독되어 승산기에 의해 승산됨으로써 그 승산결과인 제3데이타를 발생시킨다. 제1 및 제2 데이타(10, 12)는 모두 N 비트의 길이를 기지며 정수부와 소수부로 구성된다. 승산기의 승산결과인 제3데이타(14)는 최대 2N비트의 길이를 가질 수 있고 이에 따라 2N 비트의 승산용 레지스터에 일시적으로 저장되게 된다. 이어서 제3 데이타 (14)는 제1 및 제2데이타(10,12)의 정수부(Integer Part)의 비트 수, 예를 들면 R 비트 만큼 배럴쉬프터(Barrel Shifter)에 의해 쉬프트되어 그 쉬프트 결과인 2N 비트의 제4데이타(16)가 산출되도록 한다. 제4데이타(16)는 ALU에 의해 로직연산됨으로써 제5데이타(18)를 생성시킨다. ALU의 연산결과인 제5데이타(18)에는 오버플로우(Overflow)가 발생될 수 있다. 이 오버플로우를 처리하기 위하여, "Tl"사의 "TMS320C5x"와 같은 DSP에서는 제5데이타(18)를 포화시킨다. 이를 상세히 하면, ALU에 의해 연산된 제5 데이타(18)가 2N 비트의 누적용 레지스터에 저장되기 곤란한 비트길이를 가지는 경우, 즉 제5데이타(18)에 오버플로우가 발생되면 "TMS32 0C5x"의 DSP는 제5 데이타(18)를 포화시키고 그 포화된 제5데이타(18)를 누적용 레지스터에 저장함으로써 오버플로우에 의한 오차를 완화시킨다. 이와는 달리, "모토로라" 사의 "DSP5600x" 등과 같은 DSP들은 제1도에서와 같이 8비트를 오버플로우 보호용으로서 누적용 레지스터에 부가한다. 이 경우, ALU와 누적용 레지스터는 모두 "8 + 2N" 비트의 길이를 가지게 된다. 이러한 오버플로우 보호비트를 앞서 열거한 "AC-3" 전용 DSP들에 적용하면, 24 비트의 데이타 워드길이를 가지는 DSP들은 데이타가 N=24 비트이므로 56 비트의 누적기를 그리고 20 비트의 데이타 워드길이를 가지는 DSP들은 데이타가 N=20 비트이므로 48 비트의 누적기를 각각 포함하게 된다. 그리고 오버플로우 보호비트들이 부가된 제5데이타(18)는 포화처리됨으로써 메모리에 저장되어진 제1 및 제2데이타(10,12)와 같은 비트길이를 가지는 제6데이타(20)로 변화된다.The DSPs configured as described above operate two data having a length of N bits as shown in FIG. The first and
상기한 일련의 연산과정을 수행하기 위하여 대부분의 DSP들은 48 비트이상의 큰 워드길이를 가지는 ALU 및 누적용 레지스터를 구비하여야만 했었다. 48 비트 이상의 콘 워드길이를 가지는 이들 ALU 및 누적기는 DSP 칩(Chip)상의 다이 사이즈( Die Size)를 크게하고 아울러 ALU에서의 전파지연량을 증가시킨다. 따라서, 워드길이가 큰 ALU 및 누적기는 DSP 칩의 제조비용을 증가시키는 요인이 됨은 물론 DSP의 동작속도를 저하시키는 요인으로 작용하게 된다.In order to perform the above-described series of operations, most DSPs had to have ALUs and cumulative registers having a large word length of more than 48 bits. These ALUs and accumulators with more than 48 bits of cone length increase the die size on the DSP chip and increase the amount of propagation delay in the ALU. Therefore, the ALU and accumulator having a large word length not only increases the manufacturing cost of the DSP chip but also acts as a factor of decreasing the operation speed of the DSP.
그리고 대부분의 DSP에서는 데이타의 포화처리에 앞서 라운딩(Rounding)연산을 지원한다. 예를 들면, "모토로라"사의 DSP는 "rnd"라는 명령어에 의해 누적용 레지스터에 저장된 "8 + 2N" 비트의 데이타를 "8 + N" 비트의 데이타로 변환한다. 이 라운딩된 데이타는 최종적으로 "N"비트의 데이타로 포화된 후 메모리에 저장된다. 이러한 라운딩 연산을 위하여 대부분의 DSP들은 하나의 명령어 또는 클럭주기를 추가로 소모하고 있다.Most DSPs support rounding operations before saturating the data. For example, the "Motorola" DSP converts the data of "8 + 2N" bits stored in the accumulation register into "8 + N" bits by the command "rnd". This rounded data is finally saturated with "N" bits of data and then stored in memory. For these rounding operations, most DSPs consume an additional instruction or clock period.
이 같은 명령어 또는 클럭주기의 추가적인 소모는 루우핑(Looping) 또는 블록반복(Block Repeating)이 적용되는 코드 세그먼트(Code Segment)에 라운딩 연산이 들어가는 경우 추가로 소모되는 클럭주기들이 매우 많아져서 DSP의 전체적인 연산량이 크게 증가된다.This additional consumption of instructions or clock cycles results in a lot of additional clock cycles when the rounding operation is applied to the code segment to which looping or block repeating is applied. The amount of computation is greatly increased.
또한, "TI"사의 "TMS320C5x"와 같은 DSP는 ALU 앞단에 위치한 프리-스케일링 쉬프터(Ple-scaling Shifter)를 이용하여 ALU에서 연산될 이진데이타를 0 내지 16 비트까지 좌측으로 쉬프트시킨다. 이 때, "0"번째 비트에서 "15"번째 비트까지의 쉬프트동작은 통상 이진데이타를 스케일링하는데 이용되지만, "16"번째 비트까지의 쉬프트동작은 정수(Integer) 연산이 아닌 고정소수점(Fixed Point) 연산이 수행될 경우에 사용된다. 이는 고정소수점 연산의 경우에 메모리로부터 판독된 16비트 데이타가 32 비트의 누적용 레지스터의 상위비트들에 정렬되어야 하기 때문이다. 데이타를 스케일링하기 위한 "0"번째 비트 내지 "15"번째 비트까지의 쉬프트동작은 주어진 알고리듬에 따라 특히 부호화(Coding) 방식에 따라 유용하게 사용될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 프리스케일링이 유용하게 사용되지 않는 코드로 구현된 알고리듬을 수행하는 경우에 스케일링 쉬프터는 그다지 도움을 주지 않으면서 DSP 칩의 다이 사이즈를 크게함과 아울러 전파지연령을 증가시킨다. 일례로, "모토로라"사의 DSP에 포함된 프리-스케일링 쉬프터는 데이타를 좌측 또는 우측으로 1비트 민큼 쉬프트시키게 되어 있다. 대신에, "모토로라"의 DSP는 부동소수점 연산과 정수 연산을 위해 서로 다른 승산명령어를 제공함으로써 "TI"사의 "TMS320C5x"가 데이타를 16 비트 만큼 좌측으로 쉬프트하는 동작을 흡수하고 있다.In addition, DSPs, such as "TMS320C5x" from "TI", use a pre-scaling shifter located in front of the ALU to shift the binary data to be calculated in the ALU to the left from 0 to 16 bits. At this time, the shift operation from the "0" th bit to the "15" th bit is normally used to scale binary data, but the shift operation up to the "16" th bit is a fixed point, not an integer operation. ) Is used when the operation is performed. This is because in the case of fixed-point arithmetic, 16-bit data read from memory must be aligned with the upper bits of the 32-bit accumulation register. Shift operations from the "0" th bit to the "15" th bit for scaling data may or may not be usefully used depending on a given algorithm, in particular, a coding method. When performing algorithms implemented in code where prescaling is not useful, the scaling shifter increases the die age and increases propagation delay of the DSP chip without much help. In one example, the pre-scaling shifter included in the "Motorola" DSP is designed to shift data one bit down to the left or to the right. Instead, Motorola's DSPs offer different multiply instructions for floating-point and integer operations, absorbing the "TI" 's "TMS320C5x" shifting data left by 16 bits.
디음으로, DSP에서는 각 명령어가 얼마나 빠르게 수행될 수 있는가 하는 것이 중요하게 여겨지고 있다. 명령어의 고속 수행을 위하여는 DSP에 인가되는 명령어의 주기가 짧아져야 하고 가능한 많은 명령어가 병렬로 처리되어야 한다. 전자의 명령어 주기를 짧게하는 것은 하드웨어, 즉 회로구성에 관련된 문제로서 DSP에 가능한 불필요한 블록(예를 들면, 이미 언급한 프리-스케일링 쉬프터)이 존재하지 않도록 하여 회로적인 경로를 짧게 하는 것이다. 후자의 명령어의 병렬처리능력은 DSP가 많은 계산을 필요로 하는 비디오/오디오 디코딩의 용도로 사용되면서 과거와 같은 순차적인 명령수행방식으로는 필요한 계산능력을 갖추지 못하는 것에서 비롯된다. 따라서, DSP들은 병렬처리가 가능한 특수한 명령어들을 갖추어 가고 있는 실정이다. 예를 들면, "아날로그 디바이스(Analog Device)"사의 DSP인 "DSP21020"은 FFT 연산을 위한 버터플라이(Butterfly) 연산과 같이 다수의 복합연산식들을 몇개의 플럭주기만에 수행하는 특수 명령어들을 가지고 있다. 이를 위하여, "ADSP2102 0"은 연산과 관련된 최소 12개의 레지스터들로 구성되어진 레지스터 화일(Register File)을 갖추고 있다. 또한, "Zoran"사의 "ZR38000"도 FFT용 버터플라이와 같은 다수의 복합연산식들을 단 몇개의 클럭주기만에 수행한다. 이를 위해, ZR38000은 8개의 레지스터들로 이루어진 레지스터 화일을 가짐과 아울러 승산과 그 결과의 가감산을 한 클럭주기안에 한꺼번에 수행하는 구조를 가지고 있다.In a nutshell, it is important in DSP how fast each instruction can be executed. For fast execution of instructions, the period of instructions applied to the DSP should be shortened and as many instructions as possible should be processed in parallel. Shortening the former instruction cycle is a hardware-, circuit-related problem that shortens the circuit path by eliminating unnecessary blocks (e.g., the pre-scaling shifters already mentioned) possible in the DSP. The parallelism of the latter instruction comes from the fact that DSPs are used for video / audio decoding, which requires a lot of computation, and the sequential instruction execution method of the past does not have the necessary computational capability. Therefore, DSPs are equipped with special instructions capable of parallel processing. For example, "DSP21020", a DSP of "Analog Device", has special instructions for performing multiple complex expressions in a few plug cycles, such as a butterfly operation for FFT operations. For this purpose, the "ADSP2102 0" has a register file consisting of at least 12 registers associated with the operation. In addition, Zor38000 also performs many complex equations, such as butterfly for FFT, in just a few clock cycles. To this end, the ZR38000 has a register file consisting of eight registers and a structure that performs multiplication and addition and subtraction of the result in one clock cycle.
따라서, 본 발명의 목적은 데이타의 스케일을 포함하는 연산을 고속으로 수행할 수 있는 DSP를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a DSP capable of performing a computation including a scale of data at a high speed.
본 발명의 또 다른 목적은 정수 연산과 고정소수점 연산을 효율적으로 수행할 수 있는 DSP를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a DSP capable of efficiently performing integer operations and fixed-point operations.
제1도는 종래의 DSP의 신호처리과정을 개략적으로 도시하는 도면.1 is a diagram schematically showing a signal processing procedure of a conventional DSP.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 DSP의 블럭도.2 is a block diagram of a DSP according to an embodiment of the present invention.
제3도는 제2도에 도시된 DSP 중 스케일링이 포함되어진 연산을 수행하는 부분을 도시하는 도면.FIG. 3 is a diagram showing a portion of the DSP shown in FIG. 2 for performing an operation including scaling.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
30,40,44,48,64,66,76,78 : 제1 내지 제8레지스터30,40,44,48,64,66,76,78: first through eighth registers
32,34,82,84 : 제1 내지 제4비트정렬기32, 34, 82, 84: first to fourth bit sorter
38 : 가드비트부가기38: Guard bit addition
36,42,52,54,56,62,68,70,74,80,88 : 제1 내지 제11멀티플렉서36,42,52,54,56,62,68,70,74,80,88: first to eleventh multiplexers
46 : 승산기 38 : 비트조절기46: multiplier 38: beat controller
58, 72 : 제1 및 제2ALU 60 : 배럴쉬프터58, 72: first and second ALU 60: barrel shifter
86 : 라운딩/포화처리기86: rounding / saturation processor
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 DSP는 N 비트의 데이타를 입력하기 위한 입력수단과, 입력수단으로부터의 데이타와 귀환루프로부터의 데이타를 연산수단과, 연산수단으로부터의 데이타를 일시적으로 저장하고 귀환루프와 연결된 메모리와, 입력수단으로부터의 데이타를 스케일링하는 스케일링수단과, 스케일링수단으로부터의 데이타와 연산수단으로부터의 데이타를 선택적으로 메모리쪽으로 전송하는 선택수단을 구비한다.In order to achieve the above object, the DSP according to the present invention temporarily stores input means for inputting N bits of data, computing means for data from the input means and data from the feedback loop, and data from the computing means. And a memory coupled to the feedback loop, scaling means for scaling data from the input means, and selecting means for selectively transferring data from the scaling means and data from the computing means to the memory.
본 발명에 따른 DSP는 N 비트의 데이타를 입력하기 위한 입력수단과, 입력수단으로부터의 N비트 데이타에 r 비트 만큼 좌측으로 쉬프트하는 고정쉬프터와, 고정쉬프터로부터의 데이타와 귀환루프로부터의 데이타를 연산수단과, 연산수단으로부터의 데이타를 일시적으로 저장하고 귀환루프와 연결된 메모리와, 고정쉬프터로부터의 데이타를 스케일링하는 스케일링수단과, 스케일링수단으로부터의 데이타와 연산수단으로부터의 데이타를 선택적으로 상기 메모리쪽으로 전송하는 선택수단과, 메모리로부터의 데이타에서 상위 N 비트만을 추출하는 추출수단을 구비한다.The DSP according to the present invention calculates input means for inputting N bits of data, a fixed shifter shifting left by n bits to the N bit data from the input means, data from the fixed shifter and data from the feedback loop. Means for temporarily storing data from the computing means and associated with a feedback loop, scaling means for scaling the data from the fixed shifter, and selectively transferring data from the scaling means and data from the computing means to the memory. And selecting means for extracting only the upper N bits from the data from the memory.
본 발명에 따른 DSP는 N 비트의 데이타를 입력하기 위한 입력수단과, 입력수단으로부터의 N비트 데이타에 r 비트 만큼 우측으로 쉬프트하는 고정쉬프터와, 고정쉬프터로부터의 데이타와 귀환루프로부터의 데이타를 연산수단과, 연산수단으로부터의 데이타를 일시적으로 저장하고 귀환루프와 연결된 메모리와, 고정쉬프터로부터의 데이타를 스케일링하는 스케일링수단과, 스케일링수단으로부터의 데이타와 연산수단으로부터의 데이타를 선택적으로 메모리쪽으로 전송하는 선택수단과, 메모리로부터의 데이타에서 하위 N 비트을 추출하는 추출수단을 구비한다.The DSP according to the present invention calculates input means for inputting N bits of data, a fixed shifter for shifting right by n bits from the N bit data from the input means, data from the fixed shifter and data from the feedback loop. Means for temporarily storing data from the computing means and associated with a feedback loop, scaling means for scaling the data from the fixed shifter, and selectively transferring data from the scaling means and data from the computing means to the memory. Selection means and extraction means for extracting the lower N bits from the data from the memory.
본 발명에 따른 DSP는 N 비트의 데이타를 입력하기 위한 입력수단과, 입력수단으로부터의 N비트 데이타에 r 비트 만큼 좌측으로 쉬프트하는 제1고정쉬프터와, 입력수단으로부터의 N비트 데이타에 r 비트 만큼 우측으로 쉬프트하는 제2고정쉬프터와, 제1 및 제2고정쉬프터 중 어느 한쪽으로 부터의 데이타를 선택하는 제1선택수단과, 제1선택수단으로부터의 데이타와 귀환루프로부터의 데이타를 연산수단과, 연산수단으로부터의 데이타를 일시적으로 저장하고 귀환루프와 연결된 메모리와, 제1선택수단으로부터의 데이타를 스케일링하는 스케일링수단과, 스케일링수단으로부터의 데이타와 연산수단으로부터의 데이타를 선택적으로 메모리쪽으로 전송하는 제2선택수단과, 메모리로부터의 데이타에서 상위 N 비트만을 추출하는 제1추출수단과, 연산수단으로부터의 데이타에서 하위 N 비트만을 추출하는 제2추출수단과, 제1 및 제2추출수단중 어느 한쪽으로부터의 데이타를 신택하는 제3선택수단을 구비한다.The DSP according to the present invention has an input means for inputting N bits of data, a first fixed shifter for shifting left by n bits to N bits of data from the input means, and r bits for N bits of data from the input means. A second fixed shifter shifting to the right, first selecting means for selecting data from either one of the first and second fixed shifters, data from the first selecting means and data from the feedback loop; Memory for temporarily storing data from the computing means and connected to the feedback loop, scaling means for scaling the data from the first selection means, and selectively transferring data from the scaling means and data from the computing means to the memory. Second selection means, first extraction means for extracting only the upper N bits from data from the memory, and arithmetic means; And a second extracting means for extracting only the low order N bits of data in and from the first and the third selection means for sintaek data from any of the second extracting means to one side.
상기 목적외에 본 발명의 디른 목적 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예에 대한 상세한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and advantages of the present invention will be apparent from the detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 제2도 및 제3도를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to Figures 2 and 3 attached to an embodiment of the present invention will be described in detail.
제2도를 참조하면, 제1외부버스(31)로부터 N 비트의 데이타를 입력하기 위한 제1레지스터(30)와, 이 제1레지스터(30)에 병렬 접속된 제1 및 제2비트정렬기 (32,34)를 구비하는 본 발명의 실시예에 따른 DSP가 도시되어 있다. 제1외부버스( 31)는 도시하지 않은 작업용 메모리에 공통적으로 접속되어진 N 개의 데이타라인들로 구성된 것으로서 N비트의 제1읽기전용데이타 버스(First Read Data Bus)로 사용된다. 제1레지스터(30)는 제1외부버스(31)를 경유하여 메모리로부터 N 비트의 데이타를 일시적으로 보관하게 된다. 제1 및 제2비트정렬기(32, 34)는 제1레지스터( 30)로부터의 N비트의 데이타를 쉬프트시킴으로써 데이타들 N 비트에서 N+r 비트로 확장시키는 역할을 한다. 이를 상세히 하면, 제1비트정렬기(32)는 고정소수점 연산을 위해 N 비트의 데이타를 1 비트 만큼 좌측으로 쉬프트시킨다. 이를 위해, 제1 비트정렬기(32)는 제1레지스터(30)의 N비트의 출력라인들을 제1멀티플렉서(36)의 N+r 개의 단자들로 이루어진 제1입력포트중 상위 N 개의 입력단자들에 접속시키는 배선을 가진다. 제2비트정렬기(34)는 정수 연산을 위해 N 비트의 데이타를 r 비트 만큼 우측으로 쉬프트시킨다. 이 때, 상위 r 비트들은 DSP의 사인-확장모드(Sign-Extension Mode)에 따라 사인(정(+) 또는 부(-)) 비트들로서 채워지기도 하고 또는 "0"의 값들로 채워지기도 한다. 이를 위해, 제2비트정렬기(34)는 제1레지스터( 30)의 N비트의 출력라인들을 제1멀티플렉서(36)의 N+r 개의 단자들로 이루어진 제2 입력포트중 하위 N 개의 입력단자들에 접속시키는 배선을 가진다. 상위 r비트는 상기 언급한대로 Sign bit 혹은 "0" 으로 채워진다. 제1멀티플렉서(36)는 연산의 종류, 즉 고정소수점/정수 연산에 따라 제1입력포트상의 N+r 비트의 데이타 또는 제2 입력포트상의 N+r 비트의 데이타를 제1가드비트(Guard Bits)부가기(38)에 공급한다. 이 제1가드비트부가기(38)는 제1멀티플렉서(36)로부터의 N+r 비트의 데이타에 g 비트의 가드비트들을 부가한다. g 비트의 기드비트들은 모두 "0"으로 세트되거나 데이타의 사인을 확장시키게 된다. 이를 상세히 하면, g 비트의 가드비트들은 사인-확장모드가 세트된 경우에 모두 데이타의 사인비트와 동일한 논리값을 그리고 사인-확장모드가 리세트된 경우에는 모두 "0"의 논리값을 가지게 된다. 사인-확장모드는 특정한 명령어에 의헤 세트 또는 리세트된다. 이들 g 비트의 가드비트들을 N+r 비트의 데이타에 부가하기 위하여, 제1가드비트부가기(38)는 N+r 개의 단자들로 이루어진 제1멀티플렉서(36)의 출력포트를 제1내부버스(35)에 포함된 g+N+r 개의 라인들 중 하위의 N+r개의 라인들에 연결시키는 배선을 가진다.Referring to FIG. 2, a
상기 DSP는 제1외부버스(31)에 직렬 접속된 제2레지스터(40) 및 승산기(46)와, 제1 및 제2외부버스(31,33)와 접속되어진 제2 멀티플렉서(42)를 추가로 구비한다. 제2레지스터(40)는 제1레지스터(30)와 마찬가지로 제1외부버스(31)를 경유하여 입력되는 메모리로부터의 N 비트 데이타를 일시적으로 저장하는 역할을 담당한다. 제2 외부버스(33)는 도시하시 않은 프로그램 메모리 및 CPU에 공통적으로 접속된 N개의 라인들로 구성된 것으로서 제2읽기전용 데이타 버스(Second read data bus)로 사용된다. 제2멀티플렉서(42)는 자신의 제1입력포트에 공급되는 제1외부버스(31)로부터 N비트 데이타와 자신의 제2입력포트에 공급되는 제2외부버스(33)로부터의 N비트 데이타 중 어느 한 데이타를 제3레지스터(44)에 공급한다. 제3레지스터(44)는 제2 멀티플렉서(42)로부터의 N 비트 데이타를 일시적으로 저장한다.The DSP adds a
승산기(46)는 제2 및 제3레지스터(40,44)에 저장된 두개의 데이타를 승산한다. 이 승산기(46)에 의해 승산되어진 결과는 2N 비트를 가질 수 있다. 이에 따라, 승산기(46)으로부터의 데이타를 일시적으로 저장하는 제4레지스터(48)는 2N 비트의 길이를 가진다. 제4레지스터(48)와 제2내부버스(37) 사이에 접속된 배선조절기 (50)는 제4레지스터(48)에 저장되어진 2N 비트의 데이타를 2N 보다 작은 N+r 비트의 데이타로 변환하고 그 변환된 N+r 비트의 데이타에 g비트의 가드비트를 부가한다.
그리고 상기 DSP는 제1내부버스(35)에 공통적으로 접속되어진 제3 내지 제5 멀티플렉서(52 내지 56)를 구비한다. 제3멀티플렉서(52)는 제1, 제2 및 제4내부버스(35,37,43)로부터 g+N+r 비트의 데이타를 각각 입력하는 제1 내지 제3입력포트를 가진다. 제3멀티플렉서(52)는 제1, 제2 및 제4내부버스(35,37,43)로부터의 3개의 데이타 중 어느 하나를 제1ALU(58)에 공급한다. 제4멀티플렉서(54)는 "0"의 논리값을 입력하는 제1입력포트(39)와, 제1 및 제3내부버스(35,41)로부터 g+N+r 비트의 데이타를 각각 입력하는 제2 및 제3입력포트를 구비한다. 제4멀티플렉서(54)는 자신의 제1 내지 제3입력포트상의 3개의 데이타 중 어느 하나를 제1ALU(58)에 공급하게 된다.The DSP includes third to
제1ALU(58)는 제3 및 제4멀티플렉서(52,54)로부터의 두개의 데이타를 연산하여 그 연산된 결과를 제6멀티플렉서(62)에 공급한다. 제5멀티플렉서(56)도 제1내부버스(35)로부터의 g+N+r 비트의 데이타와 제3내부버스(41)로부터의 g+N+r 비트의 데이타를 선택적으로 배럴쉬프터(60)에 공급한다. 배럴쉬프터(60)는 제5멀티플렉서 (56)로부터의 데이타의 논리값을 스케일하고 그 스케일링된 데이타를 제6멀티플렉서(62)에 공급한다. 이 데이타의 스케일링을 위해 배럴쉬프터(60)는 스케일링 양에 해당하는 비트수 만큼 제5멀티플렉서(56)로부터의 데이타의 좌측 또는 우측방향으로 쉬프트시킨다. 또한, 배럴쉬프터(60)는 제1ALU(58)와 병렬 접속되므로써 데이타의 전파지연시간을 최소화 할 수 있다. 이에 따라, 상기 DSP는 사칙연산, 스케일링 및 그를 포함한 사칙연산을 고속으로 수행할 수 있다. 제6멀티플렉서(62)는 제1 ALU(58)로부터의 g+N+r 비트의 사칙연산되어진 데이타와 배럴쉬프터(60)로 부터의 스케일드된 데이타를 선택적으로 제5 또는 제6레지스터(64 또는 66)에 공급한다. 제5 또는 제6레지스터(64 또는 66)에 저장되는 데이타는 제3내부버스(41)에 공급되게 된다. 제5 및 제6레지스터(64,66)는 누적용 레지스터들로서 제1ALU(58)와 함께 제1누적기를 구성하게 된다. 제5 및 제6레지스터(64,66) 모두 g+N+r 비트의 데이타를 일시적으로 저장하기 위해 g+N+r 비트의 길이를 기지며 아울러 제3 내부버스 (41)도 g+N+r 개의 라인으로 구성된다.The
또한 상기 DSP는 제1내부버스(35) 및 제4내부버스(43)와 접속되어진 제7 멀티플렉서(68)와, 제1 및 제2내부버스(35,37)와 접속되어진 제8멀티플렉서(70)를 구비한다. 제7멀티플렉서(68)는 "0"의 논리값을 입력하는 제1입력포트(45)와, 제1 및 제4내부버스(35,43)로부터 g+N+r 비트의 데이타를 각각 입력하는 제2 및 제3입력포트를 구비한다. 제7멀티플렉서(68)는 자신의 제1 내지 제3입력포트상의 3개의 데이타 중 어느 하나를 제2ALU(72)에 공급하게 된다. 제8멀티플렉서(70)는 제1 및 제2내부버스(35,37)로부터 g+N+r 비트의 데이타를 각각 입력하는 제1 및 제2 입력포트를 가진다. 제8멀티플렉서(70)는 제1 및 제2내부버스(35,37)로부터의 2개의 데이타 중 어느 하나를 제2ALU(72)에 공급한다. 제2ALU(72)는 제7 및 제8멀티플렉서 (68,70)로부터의 두개의 데이타를 연산하여 그 연산된 결과를 제9멀티플렉서 (74)에 공급한다. 제9멀티플렉서(74)는 제2ALU(72)로부터의 g+N+r 비트의 연산되어진 데이타와 배럴쉬프터(60)로부터의 스케일링된 데이타를 선택적으로 제7 또는 제8레지스터(76 또는 78)에 공급한다. 제7 또는 제8레지스터(76,78)는 제9멀티플렉서(74)로부터의 데이타를 제4내부버스(43)에 공급되게 된다. 제7 또는 제8레지스터 (76,78)는 누적용 레지스터로서 제2ALU(72)와 함께 제2누적기를 구성하며, 이 제2누적기는 제1누적기와 병렬로 접속됨으로써 2 이상의 복합연산식들이 병렬로 연산되도록 한다. 제7 및 제8레지스터(76,78) 모두 g+N+r 비트의 데이타를 일시적으로 저장하기 위해 g+N+r 비트의 길이를 가진다. 또한, 제7 및 제8레지스터 (76,78)는 제5 및 제6레지스터(64,66)와 함께 다수의 복합연산식들이 빠르게 연산되도록 한다.In addition, the DSP includes a seventh multiplexer 68 connected to the first
더 나아가, 상기 DSP는 제3 및 제4내부버스(41,43)로부터의 두개의 g+N+r 비트 데이타들을 선택하기 위한 제10멀티플렉서(80)와, 이 제10멀티플렉서(80)에 공통적으로 접속되어진 제3 및 제4비트정렬기(82,84)와 라운딩/포화(Rounding/ Saturation)처리기(82)를 추가로 구비한다. 제10멀티플렉서(80)는 제3내부버스(41)를 경유한 제5 또는 제6레지스터(64,66)로부터의 g+N+r 비트의 데이타와 제4내부버스(23)를 경유한 제7 또는 제8레지스터 (76,78)로부터의 g+N+r 비트의 데이타 중 어느 한 데이타를 제3 및 제4비트 정렬기(82,84)와 라운딩/포화 처리기(86)에 공통적으로 공급한다. 제3 및 제4비트정렬기(82,84)는 제10멀티플렉서(80)로부터의 g+N+r 비트의 데이타에서 N 비트만을 추출하여 그 추출된 N 비트의 데이타를 제11멀티플렉서(88)의 제1 및 제2입력포트에 긱각 공급한다. 이를 상세히 하면, 제3비트정렬기(82)는 제10 멀티플렉서 (80)로부터의 g+N+r 비트의 데이타 중 상위 g+1 번째 비트로부터 N 비트의 데이타만을 추출하여 그 추출된 N비트의 데이타를 제11멀티플렉서(88)의 제1입력포트에 공급한다. 이를 위하여, 제3비트정렬기(82)는 제10멀티플렉서(80)의 g+N+r 개의 출력단자들 중 상위 g+1 번째 단자로부터 N 개의 단자들, 즉 상위 g 개의 단자들과 하위 r개의 단자들을 제외한 나머지 N 개의 단자들을 N 개의 단자들로 이루어진 제11멀티플렉서(88)의 제1입력포트에 접속시키는 배선을 구비한다. 단순히 배선에 의해서만 제3비트정렬기(82)는 g+N+r 비트의 데이타를 N 비트의 데이타로 변환시킨다. 제4비트정렬기(84)는 제10 멀티플렉서(80)로부터의 g+N+r 비트의 데이타 중 하위 N 비트의 데이타만을 추출하여 그 추출된 N비트의 데이타를 제11멀티플렉서(88)의 제2입력포트에 공급한다. 이를 위하여, 제4비트정렬기(84)는 제10 멀티플렉서(80)의 g+N+r 개의 출력단자들 중 하위 N개의 단자들, 즉 상위 g+1 개의 딘자들을 제외한 나머지 N 개의 단자들을 N개의 단자들로 이루어진 제11멀티플렉서 (88)의 제2입력포트에 접속시키는 배선을 가진다. 제4비트정렬기(84)는 제1 내지 제3비트정렬기들(32,34,82)과 함께 단순히 배선에 의해 구성됨으로써 별도의 회로블록을 요구히지 않는다. 이에 따라, 제1 내지 제4비트 정렬기들(32,34,82,84)은 DSP의 회로구성을 간소화 할 수 있음은 물론 고정소수점 연산 및 정수연산 모두가 고속으로 수행되도록 한다.Furthermore, the DSP is common to the tenth multiplexer 80 and the tenth multiplexer 80 for selecting two g + N + r bit data from the third and fourth
라운딩/포화처리기(86)는 도시하지 않은 제어기로 부터의 명령에 따라 라운딩처리모드, 포화처리모드, 또는 병합모드로 구동된다. 라운딩 모드시 라운딩/포화처리기(86)는 제10멀티플랙서(80)로 부터의 g+N+r 비트의 데이타에서 r+1번째 하위비트로부터 N비트의 데이타를 선택하여 제11멀티플랙서(88)의 제3입력포트에 공급한다. 다음으로 라운딩/포화처리기(86)는 포화 모드시에는 제10멀티플랙서(80)로 부터의 g+N+r 비트의 데이타에서 상위 g+1 비트들의 논리값에 따라 데이타를 처리하게 된다. 이를 상세히하면, 라운딩/포화 처리기(86)는 제10멀티플렉서(80)로부터의 g+N+r 비트의 데이타에서 상위 g+1 비트들(즉, g개의 가드비트들과 1개의 사인비트)의 논리값들이 모두 동일한가에 따라 오버플로우(Overflow)의 발생여부를 판단한다.The rounding / saturation processor 86 is driven in the rounding processing mode, the saturation processing mode, or the merge mode in accordance with a command from a controller (not shown). In the rounding mode, the rounding / saturation processor 86 selects N bits of data from the r + 1st lower bits in the g + N + r bits of data from the 10th multiplexer 80 to select the 11th multiplexer. Supply to the third input port of (88). Next, in the saturation mode, the rounding / saturation processor 86 processes the data according to the logical value of the upper g + 1 bits in the g + N + r bits of the data from the tenth multiplexer 80. In detail, the rounding / saturation processor 86 performs the processing of the upper g + 1 bits (ie, g guard bits and one sign bit) in the g + N + r bits of data from the tenth multiplexer 80. It is determined whether overflow occurs according to whether all logic values are the same.
상위 g+1 비트들의 논리값들이 모두 동일한 경우에 라운딩/포화 처리기(86)는 제10멀티플렉서(80)로부터의 g+N+r 비트의 데이타중 상위 g 비트와 하위 r 비트를 제외한 나머지 N 비트의 데이타를 연산되어진 결과로써 제11멀티플렉서(88)의 제3입력포트에 공급한다. 반대로 상위 g+1 비트들의 논리값들이 모두 동일하지 않은 경우에 라운딩/포화 처리기(86)는 g 개의 가드 비트들중 최상위비트의 논리값이 "0" 또는 "1" 인가를 판단한다. 라운딩/포화처리기(86)는 최상위 가드비트의 논리값이 "0"인 경우에 제10멀티플렉서(80)로부터의 데이타가 오버플로우가 발생되어진 정(+)의 데이타인 것으로 간주하여 최상위 비트만이 "0"의 논리값을 가지는 최대값의 N 비트의 데이타(즉, "0111…11")를 제11 멀티플렉서(88)의 제3입력포트에 공급한다. 이와는 달리 최상위 가드비트의 논리값이 "1"인 경우, 라운딩/포화 처리기 (86)는 제10멀티플렉서(80)로부터의 데이타가 오버플로우가 발생되어진 부(0)의 데이타인 것으로 간주하여 최상위 비트만이 "1"의 논리값을 가지는 N 비트의 데이타(즉, "1000…00")를 제11 멀티플렉서(88)의 제3입력포트에 공급한다. 이와 같이 포화처리기(86)는 가드비트들과 사인비트의 논리값에 근거하여 ALU(58 또는 72)에 의해 연산된 데이타의 포화논리값(즉, 오버플로우가 발생되어진 논리값)을 정확하게 처리하게 된다. 마지막으로 병합모드시, 라운딩/포화처리기(86)는 제10멀티플랙서 (80)로부터의 g+N+r 비트의 데이타에 대하여 상기 라운딩 처리를 수행한 다음 그 라운딩된 g+N 비트의 데이타에 대하여 포화처리를 수행하게 된다. 이렇게 라운딩/포화처리기(86)에 의해 라운딩 및 포화처리된 N비트 데이타는 제11멀티플랙서(88)에 공급되게 된다. 이 경우, 라운딩/포화처리기(86)는 하위 비트들에 대한 라운딩 처리를 먼저 수행하되, 라운딩과 포화 처리를 하나의 클럭주기내에 수행함으로써 별도의 라운딩 처리시간을 소모하지 않는다. 이에 따라, 라운딩/포화 처리기(86)는 별도의 시간을 소모하지 않으면서 고정소수점 연산되어진 데이타를 라운딩 할 수 있는 이점을 제공한다. 제11멀티플렉서(88)는 제3 및 제4비트정렬기(82,84)와 라운딩/포화 처리기(86)로부터의 3개의 N 비트 데이타중 어느 하나를 제3외부버스 (47)쪽으로 전송한다. 제3외부버스(47)는 기록용데이타버스(Write Data Bus) 및 기록용어드레스버스(Write Address Bus)로 구성된 N개의 라인으로 이루어져 있다.When the logic values of the upper g + 1 bits are all the same, the rounding / saturation processor 86 performs the remaining N bits except for the upper g bit and the lower r bit among the g + N + r bits of data from the tenth multiplexer 80. Is supplied to the third input port of the eleventh multiplexer 88 as a result of the calculation. In contrast, when the logic values of the upper g + 1 bits are not all the same, the rounding / saturation processor 86 determines whether the logical value of the most significant bit of the g guard bits is “0” or “1”. When the logical value of the most significant guard bit is "0", the rounding / saturation processor 86 considers that the data from the tenth multiplexer 80 is positive data in which the overflow has occurred. The N-bit data (ie, "0111 ... 11") of the maximum value having a logic value of "0" is supplied to the third input port of the eleventh multiplexer 88. On the contrary, when the logical value of the most significant guard bit is "1", the rounding / saturation processor 86 considers the data from the tenth multiplexer 80 to be the negative data having overflowed, and thus the most significant bit. Only N-bit data (ie, "1000 ... 00") having a logic value of "1" is supplied to the third input port of the eleventh multiplexer 88. In this way, the saturation processor 86 can correctly process the saturation logic of the data calculated by the
제3도는 제2도에 도시된 DSP 중 스케일링이 포함되어진 사칙연산을 수행하는 회로구성을 도시한다. 제3도에 있어서, 베럴쉬프터(60)는 제1ALU(58)에 대하여 병렬 접속됨으로써 제1외부버스(31)로부터 제3외부버스(47)까지의 데이타통로의 길이기 짧아지게 한다. 이는 제1외부버스(31)와 제3외부버스(47) 사이에 접속되는 클럭용 회로소자들의 수가 종래의 4개(즉, 2개의 레지스터와 하나씩의 베럴쉬프터 및 ALU)에서 3개(즉, 두개의 레지스터와 하나의 ALU)로 줄어들기 때문이다. 이를 상세히 하면, 데이타는 제1외부버스(31)로부터 제1레지스터(30), 제3멀티플렉서(52), 제1ALU(58), 제6멀티플렉서(62), 제5레지스터(64) 및 제11멀티플렉서(88)를 경유하여 제3외부버스(47)로 진행하거나, 또는 제1외부버스(31)로부터 제1레지스터(30), 제5멀티플렉서(56), 베럴쉬프터(60), 제6멀티플렉서(62), 제5레지스터(64) 및 제11 멀티플렉서(88)를 경유하여 제3외부버스(47)로 진행하거나, 혹은 제1외부버스(31)로부터 제1레지스터(30), 제5멀티플렉서(56), 베럴쉬프터(60), 제7레지스터(76) 및 제11멀티플렉서(88)를 경유하여 제3외부버스(47)로 진행하한다. 베럴쉬프터(60)가 제1ALU(58)와 병렬 접속되므로써, DSP는 전파지연시간을 최소화 할 수 있음은 물론 연산에 필요한 클럭의 수를 작게 할 수 있다. 이에 따라, DSP는 정상연산, 스케일링 및 그를 포함한 연산을 고속으로 수행할 수 있다.FIG. 3 shows a circuit configuration for performing arithmetic operations including scaling among the DSPs shown in FIG. In FIG. 3, the
상술한 바와 같이, 본 발명의 DSP는 ALU에 공급되는 데이타의 비트수(즉, 워드길이)를 배선에 의해 조절함으로써, ALU 및 누적용 레지스터의 길이를 짧게 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 DSP는 데이타의 포화처리시에 데이타의 라운딩이 동시에 수행됨으로써 데이타의 라운딩 처리에 소요되는 시간을 없앨 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 DSP는 신호처리를 고속화 할 수 있다.As described above, the DSP of the present invention can shorten the lengths of the ALU and the accumulation register by adjusting the number of bits (i.e., word length) of data supplied to the ALU by wiring. In addition, the DSP according to the present invention can eliminate the time required for the rounding process of the data by performing the rounding of the data at the same time during the data saturation processing. Accordingly, the DSP according to the present invention can speed up signal processing.
또한, 본 발명에 따른 DSP에서는 배선으로 구현되어진 비트정렬기들이 누적기의 전단 및 후단에 배치됨으로써 고정소수점 및 정수 연산이 빠르게 수행됨과 아울러 회로구성이 간소화 된다.In addition, in the DSP according to the present invention, since the bit sorters implemented as wirings are disposed at the front and rear ends of the accumulator, fixed-point and integer operations are performed quickly, and the circuit configuration is simplified.
나아가 본 발명에 따른 DSP는 배럴쉬프터를 ALU와 병렬 접속시킴으로써 전파지연시간을 최소화 할 수 있음은 물론 연산에 필요한 클럭의 수를 작게 할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 DSP는 연산, 스케일링 및 그를 포함한 연산을 고속으로 수행할 수 있다.Furthermore, the DSP according to the present invention can minimize the propagation delay time by connecting the barrel shifter to the ALU in parallel and can reduce the number of clocks required for the calculation. Accordingly, the DSP according to the present invention can perform calculations, scaling, and calculations including the same at high speed.
본 발명에 따른 DSP는 병렬 접속되어진 한쌍의 ALU를 이용하여 두개의 복합연산식을 병렬로 연산함으로써 다수의 복합연산식들을 고속으로 연산할 수 있다.The DSP according to the present invention can compute a plurality of complex equations at high speed by computing two complex equations in parallel using a pair of ALUs connected in parallel.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정하여져야만 한다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.
Claims (18)
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ID=19520643
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1019970045343A KR100251546B1 (en) | 1997-08-30 | 1997-08-30 | Digital signal processor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100251546B1 (en) |
-
1997
- 1997-08-30 KR KR1019970045343A patent/KR100251546B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR19990021769A (en) | 1999-03-25 |
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GRNT | Written decision to grant | ||
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