技術領域

本發明涉及一種支持FFT加速的SIMD向量處理器及其設計方法，具體地說是一種支持可變點數，對FFT/IFFT運算加速效率較高而整體硬件開銷較低的SIMD向量處理器及其設計方法。

背景技術

快速傅里葉變換（Fast?Fourier?Transformation,?FFT）運算一般都通過專用硬件加速器（稱為FFT處理器）或DSP處理器完成。專用硬件加速器能獲得較高的加速效率，但是會占用較多額外資源，包括片上存儲資源和片上計算邏輯資源，特別是當變換的長度極大時，專用硬件加速器所占用的額外資源將無法承受。用DSP處理器軟件編程的方式完成FFT運算雖然不會占用額外的硬件資源且具有很大的靈活性，但是其處理速度相對較慢，滿足不了某些應用的實時性要求。

在一些數字信號處理算法，如距離-多普勒算法中，涉及大量各種長度的向量處理，最長可達到16K甚至更長。對這些向量的處理既包括規則的向量運算（向量加減法、向量乘法等）也包括FFT/IFFT運算。SIMD向量處理器可用來加速規則的向量運算，但是尚未出現同時能夠直接加速FFT運算（加速效率和專用加速器相當）的SIMD向量處理器，在這種情況下，還需要另外使用FFT硬件加速器來加速各種點數的FFT/IFFT運算，額外的片上資源將會被占用。

發明內容

為了加速大點數FFT的運算效率，同時避免使用專門硬件加速器所帶來的額外硬件開銷，本發明的目的是提供一種支持FFT加速的SIMD向量處理器。該SIMD向量處理器能夠直接加速FFT運算，還可提供和專用硬件加速器加速效率相當的FFT運算加速，在保證性能的同時避免額外的硬件開銷。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種支持FFT加速的SIMD向量處理器，其特征在于：該處理器包括控制單元、計算單元、存儲器子系統、存儲交織單元和地址產生單元；所述計算單元支持各種向量運算的快速處理，所述存儲器子系統包括存放操作數的存儲器組A、存放系數的存儲器組B和存放運算結果的存儲器組C，且存儲器組A、存儲器組B和存儲器組C內的單個存儲體的位寬為一個復數字，支持4路數據并行的復數向量運算和8路數據并行的實數向量運算；計算單元、地址產生單元和存儲交織單元均與控制單元連接；地址產生單元根據運算類型、運算的數據并行度及向量的長度產生所需的操作數地址序列、系數地址序列、結果地址序列；存儲交織單元與地址產生單元和計算單元連接，并實現存儲體的地址映射。?

本發明中，存儲器組A、存儲器組B和存儲器組C均為4個存儲體。存儲交織單元實現存儲器組A、存儲器組B和存儲器組C內部4個存儲體的地址映射，使同時讀取的4個操作數位于4個不同的存儲體，且同時寫入的4個運算結果位于4個不同的存儲體；通過可編程地址映射方法，支持各種長度向量的規則向量運算和FFT/IFFT運算。

所述可編程地址映射方法是可通過軟件編程方式設置向量長度，對于不同的向量長度，地址映射方法也相應變化，且在各向量長度下，均能保證規則向量運算和FFT/IFFT運算無沖突讀寫。

計算單元包括2個復數乘法器和4個復數加法器，支持2路數據并行的復數乘法、卷積運算，4路數據并行的復數加減法、累加運算，4路數據并行的復數模方運算，4路數據并行的FFT/IFFT運算，以及8路數據并行的實數乘法、卷積、加減法、累加運算。對于上述的n路數據并行的向量運算，平均每個時鐘周期處理n個向量單元（不考慮處理每個向量前的流水線填充時間）。其加速效率與專用硬件加速器相當，且支持可變點數，因此在保障系統計算效率的同時，節省了在設計中因使用FFT專用硬件加速單元而帶來的巨額片上存儲資源與邏輯資源開銷。

本發明中的存儲子系統包括三個存儲器組，分別存放操作數、系數和運算結果，每組存儲器分為4個存儲體，存儲體的位寬為一個復數字，以支持4路數據并行的復數向量運算和8路數據并行的實數向量運算。地址產生單元，能夠根據運算類型（規則運算、FFT/IFFT運算）、運算的數據并行度（2、4、8）、向量的長度等產生所需的操作數地址序列、系數地址序列（對某些運算不需要，如累加運算和復數模方運算）、結果地址序列。

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本發明能夠直接加速FFT運算的SIMD向量處理器，除了能夠加速規則向量運算之外，還可提供和專用硬件加速器加速效率相當的FFT運算加速，在保證性能的同時避免額外的硬件開銷。