簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 楊宇博
Yu-Po Yang
論文名稱: 低成本(2n±1)餘數系統乘法器
A Low Cost Modulo (2n±1) RNS Multiplier
指導教授: 張慶元
Tsing-Yuan Chang
羅浩榮
Ho-Yung Lo
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 41
中文關鍵詞: 餘數系統乘法器
外文關鍵詞: RNS, multiplier, modulo
相關次數: 點閱:3下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 模數(2n – 1)和(2n + 1)是數位訊號處理(digital signal processor)中的餘數系統(residue number system)和密碼系統(cryptosystem)以及編、解碼系統中的使用頻率甚高,而以此模數為基礎的餘數系統乘法器(RNS multiplier)在數位系統中,使用上也相當的廣泛。在過去的文獻中便提出將(2n – 1)和(2n + 1)餘數乘法器合併,並且使用餘數乘法器再撘配上前看式進位加法器(carry look-ahead adder),來實現(2n ± 1)餘數系統乘法器,單一電路中擁有兩種運算能力,藉此來節省硬體成本,另有人將自我對偶的特性套用至餘數乘法器來節省電路面積,然而仍然有許多能夠加以改善的空間。
    在本篇論文中,除了沿用文獻中所提出之理論與方法,並觀察其電路上之特性,與演算法中限制輸入部分綜合考量,進而將電路做進一步的化簡,實驗用TSMC 0.18μm製程配合Synopsys公司所提供的Design Compiler來進行模擬,並且對面積作最佳化來取得所有模擬數據,電路面積、延遲時間、功率消耗皆能利用所提方法而得到改善,一些對於電路成本具有指標性的數據面積與延遲時間平方的積(AT2)以及延遲時間與電路功率消耗的乘積(Delay-Power)也能夠有大幅的改善,以4-bit為例,可改善面積16.64%,時間延遲節省14.36%,功率消耗減少25.35%,AT2以及Delay-Power分別節省38.87%與36.70%,最後,所提低成本(2n ± 1)餘數系統乘法器,使用Xilinx公司所提供之FPGA電路板實現硬體驗證,經驗證過後確認函數無誤。


    目錄 摘要 i 誌謝 ii 目錄 iii 圖目錄 iv 表目錄 vi 第一章 緒論 1 1.1 研究動機及問題描述 1 1.2 論文架構 2 第二章 基本理論與先前研究 3 2.1 MCLA與modulus 2n ± 1 multiplier 3 2.1.1 MCLA 3 2.1.2 modulus 2n ± 1 multiplier 6 2.2自我對偶 9 2.3自我對偶的2n ± 1餘數乘法器系統的架構 10 第三章 低成本(2n ± 1)餘數系統乘法器 16 3.1低成本(2n ± 1)餘數系統乘法器 16 3.2 Gate Count與面積估算 23 第四章 實驗結果 27 4.1模擬結果 27 4.2 FPGA硬體實現 33 第五章 結論 35 參考文獻 36 附錄 37 圖目錄 圖1.1 (2n±1)RNS乘法器和n-bit餘數前看進位加法器的架構 圖2.1 n-bit餘數加法器 圖2.2 4-bit MCLA[1] 圖2.3 4-bit (2n ± 1)餘數乘法器[1] 圖2.4全加器的真值表 圖2.5 (a)全加器自我對偶的性質 (b)輸出修正 圖2.6自我對偶特性的24 ± 1餘數系統成法器 圖2.7 (a)及閘電晶體架構 (b)反及閘電晶體架構 圖2.8互斥或閘與其真值表 圖3.1 (a)有固定邏輯”1”輸入的全加器(b)所對應之真值表 圖3.2 Reduced Adder 圖3.3 (a)未化簡的全加器輸出與輸入示意圖(b)對應之真值表 圖3.4低成本(2n ± 1)餘數系統乘法器 圖4.1電路面績比較圖 圖4.2延遲時間比較圖 圖4.3功率消耗比較圖 圖4.4 AT2比較圖 圖4.5 DP值比較圖 圖4.6 FPGA驗證板 圖4.7外接之指撥開關 圖4.8 FPGA驗證板的指撥開關與LED顯示燈 表目錄 表3.1各種閘的面積比例表 表3.2面積比例公式表 表3.3 n位元CLA所需4位元與2位元CLA個數 表3.4面積估算比較表 表4.1電路面績比較表 表4.2延遲時間比較表 表4.3消耗功率比較表 表4.4 AT2比較表 表4.5 DP值比較表

    [1] A.S. Ashur, M.K. Ibrahim, A. Aggoun, ”Novel RNS structures for the moduli set (2n - 1, 2n, 2n + 1) and their application to digital filter implementation,” Signal Processing, vol. 46, pp. 331-343, Oct, 1995.

    [2] Y.T. Pai, Y.K. Chen, “The fastest carry lookahead adder,” Proc. IEEE Int’l Workshop on Electronic Design, Test and Applications, pp. 434-436, Jan 2004.

    [3] B.W. Johnson, “Design and analysis of fault-tolerant digital systems,” New York, 1989

    [4] K. Hang, “Computer Arithmetic: Principles, Architecture, and Design,” John Wiley & Sons, Inc., New York, 1979.

    [5] R. Zimmermann, “Efficient VLSI implementation of modulo 2n±1 addition and multiplication,” Proc. 14th Symp. Computer Arithmetic, pp. 158-167, Apr. 1999.

    [6] C. Efstathiou, H.T. Vergos, D.Nikolos, “Modified Booth Modulo 2n-1 Multipliers,” IEEE Transactions on Computers, vol. 53, pp. 370-374, Mar. 2004.

    [7] L.Sousa, R. Chaves, “A universal architecture for designing efficient modulo 2/sup n/+1 multipliers,” IEEE Transactions on Circuit and Systems, vol. 52, pp. 1166-1178, June 2005.

    [8] C.F. Ku, “Modified(2n ± 1)RNS Multipliers,” RDIC of National Tsing Hua University, Jan 2007.

    無法下載圖示 全文公開日期 本全文未授權公開 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)

    QR CODE