C1，同時(shí)將寄存器堆308結(jié)果進(jìn)一步通過(guò)而異或樹鏈邏輯疊加之后的結(jié)果寄存在3012，并將寄存器堆304結(jié)果進(jìn)一步通過(guò)而異或樹鏈邏輯疊加之后的結(jié)果寄存在308，同時(shí)將第四次227*57生成的部分積部分疊加結(jié)果寄存在 304。
[0038]狀態(tài)RESULT2將第二次227*57模乘寄存在3012的結(jié)果與C1通過(guò)組合邏輯運(yùn)算的結(jié)果寄存于108，得到了累加結(jié)果(^+(:2，同時(shí)同時(shí)將寄存器堆308結(jié)果進(jìn)一步通過(guò)而異或樹鏈邏輯疊加之后的結(jié)果寄存在3012，并將寄存器堆304結(jié)果進(jìn)一步通過(guò)而異或樹鏈邏輯疊加之后的結(jié)果寄存在308。
[0039]狀態(tài)RESULT3將第三次227*57模乘寄存在3012的結(jié)果與(^+(:2通過(guò)組合邏輯運(yùn)算的結(jié)果寄存于108，得到了累加結(jié)果Q+CdQ，同時(shí)把第四次227*57模乘寄存在308的結(jié)果通過(guò)邏輯運(yùn)算寄存在3012。
[0040]狀態(tài)FINAL RESULT將第四次的模乘寄存在3012的結(jié)果與CjCfC3通過(guò)組合邏輯運(yùn)算的結(jié)果寄存在108，此時(shí)得到了最終227*227的運(yùn)算結(jié)果，并拉高模乘結(jié)果輸出標(biāo)志信號(hào)。
[0041]以上詳細(xì)說(shuō)明了各個(gè)狀態(tài)所進(jìn)行的操作，從中體現(xiàn)出了本發(fā)明采用了流水執(zhí)行方式，減少了一次完整模乘執(zhí)行所需要的周期，提高了執(zhí)行效率。
[0042]圖3所示是本發(fā)明的圖1中模乘模塊104的詳細(xì)圖示，表示為300，它包括了部分積產(chǎn)生部分302，部分積疊加結(jié)果寄存器堆304、308和3012，以及二級(jí)異或樹鏈306和3010ο
[0043]對(duì)于模乘操作，輸入數(shù)據(jù)Α，B，計(jì)算后得到結(jié)果AXB (modf (X))，根據(jù)多項(xiàng)式基乘法規(guī)則，AXB(modf(x)) = Σ (AXBiX1) (modf (x)) = Σ (AXx^odf (x))Bi = XAiXBi;其中AXx'modf (x) = Ai, 1^是操作數(shù)B的第i位。
[0044]部分積產(chǎn)生部分302，計(jì)算了一次227*57并得到57個(gè)部分積，每一個(gè)都是227bit，如:計(jì)算第一次模乘，那么得到Atl X Btl……A56XB56, Ai X Bi操作是A i的每一位都要和Bi進(jìn)行一次與操作，AiS過(guò)一個(gè)約減模塊單元操作之后得到B i+1。約減模塊單元詳圖如圖5所示，將在圖5進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0045]部分積疊加結(jié)果寄存器堆304、308和3012，分別將部分積某次疊加后結(jié)果保存起來(lái)，使得操作能夠流水執(zhí)行，也就是用寄存器打斷了部分積的疊加鏈。它們結(jié)構(gòu)相同，只是數(shù)量不同。
[0046]二級(jí)異或樹鏈306和3010是組合邏輯，完成部分積的疊加，其具體圖示如圖4所示，在圖4中詳細(xì)描述。306和3010結(jié)構(gòu)相同，但是異或門的個(gè)數(shù)不同。
[0047]輸入操作數(shù)通過(guò)302得到部分積，然后通過(guò)寄存器堆以及異或邏輯進(jìn)行模加，最后3012存儲(chǔ)的結(jié)果通過(guò)異或邏輯后得到了最終的227*57的模乘結(jié)果。
[0048]圖4所示是模乘模塊中的二級(jí)異或樹鏈，其中所示的一個(gè)異或門是代指227個(gè)異或門，因?yàn)橐粋€(gè)部分積是227bit位寬，每級(jí)異或門都實(shí)現(xiàn)部分積的兩兩相加，也就是實(shí)現(xiàn)模加操作，如(CjCw)Ii1c^所以兩個(gè)部分積按位異或就能夠?qū)崿F(xiàn)模加操作。
[0049]圖5所示是模乘模塊中的約減部分，圖上的A0，Al,……A226與圖3中的不同，圖3所示的Ai就是Ai,但是圖5的Ai是Ai的每一位，本模塊實(shí)現(xiàn)的功能是(AiXx)H1df(X)=Ai+1，其中f(x) = x227+lo對(duì)于位寬m = 226bit的時(shí)候，此位寬具有AOP類型的約減多項(xiàng)式f(x) = x226+x225+x224……+x2+x+l，具有AOP約減式的位寬經(jīng)過(guò)冗余表示之后，可以化簡(jiǎn)其約減多項(xiàng)式，使得對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候具有很多優(yōu)勢(shì)，因此對(duì)226bit位寬進(jìn)行冗余表示使得m = 227bit，此時(shí)約減式就是f (X) = x227+l，因此本設(shè)計(jì)就基于此理論。這樣(A2 2 6 Xx226+
A225Xx225+A224Xx224......AO) Xx = A2 2 6Xx227+A2 2 5Xx226+A2 2 4Xx225......AOXx,對(duì)其進(jìn)行約減，X227 = I，這樣相乘的結(jié)果就是A2 2 5 X X 226+A224 X x225......AO X X+A226，即如圖5所示，
輸入數(shù)據(jù)Ai進(jìn)行約減操作就是對(duì)其進(jìn)行一次循環(huán)左移操作。
[0050]圖6所示是本發(fā)明的流水執(zhí)行過(guò)程，如600所示，圖中從上而下第一行是整個(gè)模乘操作執(zhí)行的狀態(tài)，第二行到第五行是每一次227*57模乘所執(zhí)行的操作，每一次模乘都包括5個(gè)操作，分別是數(shù)據(jù)加載、部分積疊加結(jié)果寄存1、部分積疊加結(jié)果寄存2、部分積疊加結(jié)果寄存3和每一次模乘的部分積結(jié)果累加，詳細(xì)執(zhí)行過(guò)程已在上述狀態(tài)機(jī)描述中陳述，將四次模乘流水執(zhí)行縮短了模乘執(zhí)行周期。注意:圖中的縮寫已經(jīng)在圖旁邊標(biāo)示。
[0051]圖7所示是本發(fā)明的整體設(shè)計(jì)框圖，包含了所有的接口信號(hào)。如700所示，輸入接口信號(hào)為:系統(tǒng)時(shí)鐘Clk_i ;全局低電平復(fù)位信號(hào)Rstn_i ;模乘操作使能信號(hào)，高有效，Mul_en_i ;兩個(gè)輸入操作位寬為227bit。輸出接口信號(hào)為:最終模乘結(jié)果輸出數(shù)據(jù)C_o ;模乘執(zhí)行完成單周期標(biāo)志位信號(hào)，高有效，Outvalid_o。當(dāng)檢測(cè)到高電平的模乘使能信號(hào)的時(shí)候啟動(dòng)模乘操作，執(zhí)行完成后給出模乘操作結(jié)束標(biāo)志位，并輸出模乘結(jié)果數(shù)據(jù)，調(diào)用模乘操作的其他單元檢測(cè)到模乘操作結(jié)束標(biāo)志位就可以采樣模乘結(jié)果輸出數(shù)據(jù)。
[0052]至此，以上就是整個(gè)發(fā)明的詳細(xì)陳述。但上述的實(shí)施方式僅用來(lái)陳述本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)可對(duì)上述的實(shí)施方式進(jìn)行修改等而沒(méi)有背離本發(fā)明的范圍，因此，本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求以及其等效含義來(lái)限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于全一約減式AOP的多項(xiàng)式基GF(2 227)高速模乘法器，其特征在于:所述模乘法器包括:主控狀態(tài)機(jī)模塊、數(shù)據(jù)加載及數(shù)據(jù)分配模塊、模乘運(yùn)算單元模塊、部分積累加結(jié)果寄存模塊和模加模塊；其中， 主控狀態(tài)機(jī)模塊控制所有數(shù)據(jù)的流動(dòng)，使模乘法器實(shí)現(xiàn)數(shù)字串行的執(zhí)行，并實(shí)現(xiàn)流水操作，四次227*57的模乘操作即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)模乘運(yùn)算； 數(shù)據(jù)加載及數(shù)據(jù)分配模塊把輸入的操作數(shù)寄存并將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)分配給模乘運(yùn)算單元; 模乘運(yùn)算單元模塊實(shí)現(xiàn)一次227*57的模乘操作，給出227bit的模乘結(jié)果； 部分積累加結(jié)果寄存模塊將本次模乘結(jié)果與之前得到的累加結(jié)果通過(guò)模加模塊進(jìn)行累加，并將此累加結(jié)果寄存，第四次寄存的累加結(jié)果即模乘的運(yùn)算結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全一約減式AOP的多項(xiàng)式基GF(2 227)高速模乘法器，其特征在于:所述主控狀態(tài)機(jī)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)外界的模乘使能信號(hào)，啟動(dòng)狀態(tài)機(jī)，控制模乘流水執(zhí)行，按照設(shè)計(jì)的時(shí)序?qū)?shù)據(jù)加載及分配單元給出的數(shù)據(jù)寄存，把模乘單元內(nèi)部分積疊加結(jié)果寄存以及給出結(jié)果輸出允許標(biāo)志信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全一約減式AOP的多項(xiàng)式基GF(2 227)高速模乘法器，其特征在于:所述數(shù)據(jù)加載及數(shù)據(jù)分配模塊在主控狀態(tài)機(jī)控制下，根據(jù)不同的狀態(tài)將輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的移位操作，作為模乘單元的輸入數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全一約減式AOP的多項(xiàng)式基GF(2 227)高速模乘法器，其特征在于:所述部分積累加結(jié)果寄存模塊在狀態(tài)及控制下，將模乘單元運(yùn)算結(jié)果與當(dāng)前模塊寄存的累加結(jié)果通過(guò)模加單元，得到新的累加結(jié)果并寄存。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全一約減式AOP的多項(xiàng)式基GF(2 227)高速模乘法器，其特征在于:所述模乘運(yùn)算單元進(jìn)一步包括部分積產(chǎn)生模塊，約減模塊，二級(jí)異或樹鏈模塊以及部分積寄存器模塊；其中， 部分積產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生227*57的57個(gè)部分積，其中的約減模塊用于實(shí)現(xiàn)一次A*x的操作，得到的部分積通過(guò)異或陣列得以疊加，寄存在部分積寄存器模塊； 二級(jí)異或樹鏈模塊用于將部分積寄存器數(shù)據(jù)進(jìn)一步疊加，得到新的部分積疊加結(jié)果； 部分積寄存器模塊的數(shù)據(jù)通過(guò)異或陣列疊加，給出了 227*57最終結(jié)果。
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于AOP的多項(xiàng)式基GF(2227)高速模乘法器，充分發(fā)揮了AOP這種特殊類型約減多項(xiàng)式的優(yōu)勢(shì)，并改進(jìn)了設(shè)計(jì)方式，提升了處理速度以及數(shù)據(jù)吞吐量，發(fā)明包括：數(shù)據(jù)加載以及數(shù)據(jù)分配、部分積產(chǎn)生部分、部分積疊加部分以及主控制器部分。這種模乘法器涉及信息安全領(lǐng)域，加解密技術(shù)領(lǐng)域等，在這些領(lǐng)域中涉及二元域的多項(xiàng)式基的模乘法操作都可以應(yīng)用這種乘法器。在組合邏輯資源受限比較高以及實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中更能體現(xiàn)出發(fā)明的優(yōu)勢(shì)。發(fā)明選取的位寬m=227bit，對(duì)于與此位寬不匹配的系統(tǒng)需要進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)調(diào)。
【IPC分類】G06F7-523
【公開(kāi)號(hào)】CN104572012
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510048146
【發(fā)明人】李冰, 張余, 王凡, 杜清, 趙霞, 劉勇, 王剛, 董乾
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月29日