High Performance Integer Arithmetic Circuit Design on FPGA: Architecture, Implementation and Design Automation

این کتاب پیاده‌سازی‌های بهینه‌شده چندین مدارهای مولد مسیر داده حسابی، مسیر کنترل و توالی شبه تصادفی را برای تحقق مدارهای حسابی با کارایی بالا که به سمت خانواده خاصی از آرایه‌های دروازه‌ای برنامه‌پذیر میدانی (FPGA) هدف‌گذاری شده‌اند، توصیف می‌کند. معماری‌های منظم، مدولار، آبشاری و برش‌شده بیتی این مدارها را با نمونه‌سازی مستقیم اولیه‌های خاص FPGA هدف در HDL بررسی می‌کند. هر معماری پیشنهادی با تحلیل های ریاضی دقیق توجیه می شود. به طور همزمان، قرار دادن محدود بلوک‌های ساختمان مدار، با قرار دادن سخت‌افزارهای ابتدایی مرتبط منطقی در مجاورت یکدیگر با ارائه محدودیت‌های قرارگیری مربوطه در «فایل محدودیت‌های کاربر» اختصاصی Xilinx انجام می‌شود. این کتاب پیاده‌سازی یک ابزار CAD مبتنی بر رابط کاربری گرافیکی به نام FlexiCore را که با محیط نرم‌افزار یکپارچه Xilinx (ISE) یکپارچه شده است را برای طراحی خودکار مدارهای حسابی با کارایی بالا مخصوص پلتفرم از مشخصات سطح کاربر پوشش می‌دهد. این ابزار برای پیاده‌سازی مدارهای پیشنهادی و همچنین پیاده‌سازی سخت‌افزاری الگوریتم‌های حسابی اعداد صحیح که چندین مدار پیشنهادی به‌عنوان بلوک‌های ساختمانی استفاده می‌شوند، استفاده شده است. نتایج پیاده‌سازی عملکرد بالاتر و مقیاس‌پذیری با عرض عملوند برتر را برای مدارهای پیشنهادی، با توجه به پیاده‌سازی‌های به دست آمده از دیگر رویکردهای موجود، نشان می‌دهد. این کتاب برای محققان، دانشجویان و متخصصان درگیر در حوزه بهینه‌سازی و پیاده‌سازی مدار FPGA مفید خواهد بود.

This book describes the optimized implementations of several arithmetic datapath, controlpath and pseudorandom sequence generator circuits for realization of high performance arithmetic circuits targeted towards a specific family of the high-end Field Programmable Gate Arrays (FPGAs). It explores regular, modular, cascadable and bit-sliced architectures of these circuits, by directly instantiating the target FPGA-specific primitives in the HDL. Every proposed architecture is justified with detailed mathematical analyses. Simultaneously, constrained placement of the circuit building blocks is performed, by placing the logically related hardware primitives in close proximity to one another by supplying relevant placement constraints in the Xilinx proprietary “User Constraints File”. The book covers the implementation of a GUI-based CAD tool named FlexiCore integrated with the Xilinx Integrated Software Environment (ISE) for design automation of platform-specific high-performance arithmetic circuits from user-level specifications. This tool has been used to implement the proposed circuits, as well as hardware implementations of integer arithmetic algorithms where several of the proposed circuits are used as building blocks. Implementation results demonstrate higher performance and superior operand-width scalability for the proposed circuits, with respect to implementations derived through other existing approaches. This book will prove useful to researchers, students and professionals engaged in the domain of FPGA circuit optimization and implementation.