一、介绍
    DSP处理器对存储器非常敏感，希望片上存储器越小越好^[1]。增加指令集的密度，减少程序存储空间。在DSP设计的过程中，引入模式控制的方法，控制处理器运行在16位和32位模式，增加了指令集的密度。同时，设计了两种可以运行在16位和32位模式下的运算单元。一种是可分割的乘法累加单元（该单元通过改进32位乘法累加单元，实现两种模式的运算）、一种是可重构的乘法累加单元（该单元采用两个16位的乘法累加单元重构32位运算单元，也可以同时实现两种模式的运算）。
    目前的数字信号处理要求处理多媒体数据，多媒体数据处理要求提高16位和8位的数据的吞吐量及位宽的灵活性。例如MPEG-4中，运算要求位宽从8位到64位的灵活性^[1]。我们设计的uDSP为了满足这些要求，可以完成16位和32位的运算功能。
　　DSP设计中，芯片面积是主要的限制条件。影响芯片面积的一个主要因素是片上存储器，它经常占据芯片的大部分面积。指令长度会影响程序存储器的面积。因此，在DSP体系结构设计时，减少指令字长是一个主要的考虑方面。我们采用模式控制的方式，增加指令编码密度。
　　具体方法是在模式控制寄存器中，增加模式控制位。由模式控制位控制指令进行16位运算还是32位运算。而不是16位运算一套指令，32位运算一套指令。这样就减少了指令的总数，提高了指令编码的密度。在我们设计的DSP中，减少了32条指令。

二、DSP结构
　　目前的数字信号处理要求处理多媒体数据，多媒体数据处理要求提高16位和8位的数据的吞吐量及位宽的灵活性。例如MPEG-4中，运算要求位宽从8位到64位的灵[1]^[1]活性^[2]。我们设计的uDSP为了满足这些要求，可以完成16位和32位的运算功能。

DSP的体系结构将在以后的文章中作介绍，本文主要介绍该DSP的运算指令设计及特有的模式控制结构。本DSP运算指令包括MAC运算、ALU运算和SHIFTER运算等32条运算指令。如果采用其它处理器的做法，16位运算和32位运算采用不同的指令，则运算指令就有64条。为了减少指令编码长度，该DSP采用了模式控制的方式。即针对某一种运算（例如乘加），16位运算和32位运算采用同一条指令；它们的区分采用模式控制的方式，在16位运算模式下，运算指令进行的是16位运算；在32位运算指令下，运算指令进行的是32位运算。采用这种方式的基础是，在实际应用中，一般不会出现同时进行16位运算和32位运算的情形。
　　图1是DSP的结构图。控制单元和模式控制器控制数据通道和存储器的动作。当模式控制单元控制DSP运行在16位模式下时，数据通道进行16位的运算，存储器读出或存取16位的数据；当模式控制单元控制DSP运行在32位模式下时，数据通道进行32位的运算，存储器读出或存取32位的数据。
　　采用模式控制的方法，DSP的运算指令从64条减少到32条。从而减少了指令的编码长度，提高了编码密度。从而减少DSP的片上存储器。

三、运算单元
　　DSP处理器中的关键路径是乘法累加单元，实现我们提出的DSP处理器结构的关键也是实现乘法累加运算。本文提出了乘法器单元，可以满足该指令集的要求。既能进行16位运算，又能进行32位乘法累加运算。一种乘法累加单元是采用重构的方法，利用两个16位的乘法器重构一个32位的乘法单元。一种是用分割的方法，采用一个32位的乘法器，通过适当的设计，可以实现两个16位的乘法运算。这两种乘法器均可以工作在16位模式，32位模式和单指令、多数据模式。
3.1 可重构乘法累加运算单元

图2是可重构乘法累加单元的结构图。该乘法累加单元由两个16位的乘法器、三个加法器、一个流水线寄存器构成。可以在一个周期内完成一次32位乘法，或一次16位乘法，或两次16位乘法运算。具体进行哪种运算，由模式控制单元产生的控制信号控制数据流实现。多选器1在模式控制信号作用下，把寄存器A和B中的操作数送到相应的乘法器。加法器1的作用是，在32位模式下时，把A1,B0和A0,B1的乘法结果相加。中间寄存器（partial register）的作用是存储加法器1的结果。加法器2也是在