乘法器电路的设计市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

9.2 乘法器设计n 应用 数字信号处理和数字通信n 地位 影响系统运行速度n 实现l 并行乘法器l 移位相加乘法器l 查找表乘法器l 加法树乘法器第1页9.2.1 并行乘法器l 结构 用乘法运算符描述 由EDA软件综合l 优点 运算速度快l 缺点 耗用资源多第2页【例9.4】8位并行乘法器module mult(outcome,a,b);parameter size=8;inputsize:1 a,b;/源操作数output2*size:1 outcome;/乘积assign outcome=a*b;/相乘endmodule第3页8位并行乘法器RTL图第4页9.2.2 移位相加乘法器l 结构 移位存放器 加法器l 优点 耗用资源少第5页【例9.16】8位二进制数乘法module mult_for(outcome,a,b);parameter size=8;inputsize:1 a,b;output2*size:1 outcome;reg2*size:1 outcome;integer i;第6页always(a or b)begin outcome=4h0;for(i=1;i=size;i=i+1)if(bi)outcome=outcome+(a (i-1);endendmodule第7页乘法器功效仿真波形图第8页9.2.3 查找表乘法器l 结构 操作数：地址 乘积：存放器l 优点 运算速度快l 缺点 耗用存放资源多第9页 设计思绪n 4位查找表乘法器 Y=AB A=A122+A2 B=B122+B2 则 Y=(A122+A2)(B122+B2)=A1B124 +A1B222 +A2B122 +A2B2第10页n 8位查找表乘法器 Y=AB A=A124+A2 B=B124+B2 则 Y=(A124+A2)(B124+B2)=A1B128 +A1B224 +A2B124 +A2B2第11页【例9.5】88查找表乘法器/*22查找表乘法器*/module lookup(out,a,b,clk);output3:0 out;/乘积input1:0 a,b;/操作数input clk;reg3:0 out;reg3:0 address;/存放器地址第12页always(posedge clk)beginaddress=a,b;case(address)4h0:out=4b0000;4h1:out=4b0000;4h2:out=4b0000;4h3:out=4b0000;4h4:out=4b0000;4h5:out=4b0001;4h6:out=4b0010;4h7:out=4b009;第13页4h8:out=4b0000;4h9:out=4b0010;4ha:out=4b0100;4hb:out=4b090;4hc:out=4b0000;4hd:out=4b009;4he:out=4b090;4hf:out=4b1001;default:out=4bx;endcaseendendmodule第14页/*44查找表乘法器*/module mult4x4(out,a,b,clk);output7:0 out;/乘积input3:0 a,b;/操作数input clk;reg7:0 out;reg1:0 firsta,firstb;/操作数高2位reg1:0 seconda,secondb;/操作数低2位wire3:0 outa,outb,outc,outd;/乘积每2位1组第15页always(posedge clk)beginfirsta=a3:2;seconda=a1:0;firstb=b3:2;secondb=b1:0;end第16页lookup m1(outa,firsta,firstb,clk),/元件调用 m2(outb,firsta,secondb,clk),m3(outc,seconda,firstb,clk),m4(outd,seconda,secondb,clk);always(posedge clk)beginout=(outa 4)+(outb 2)/乘积 +(outc 2)+outd;endendmodule第17页4位查找表乘法器仿真波形图第18页/*88查找表乘法器*/module mult8x8(out,a,b,clk);output15:0 out;/乘积input7:0 a,b;/操作数input clk;reg15:0 out;reg3:0 firsta,firstb;/操作数高4位reg3:0 seconda,secondb;/操作数低4位wire7:0 outa,outb,outc,outd;/乘积每8位1组第19页always(posedge clk)beginfirsta=a7:4;seconda=a3:0;firstb=b7:4;secondb=b3:0;end第20页mult4x4 n1(outa,firsta,firstb,clk),/元件调用 n2(outb,firsta,secondb,clk),n3(outc,seconda,firstb,clk),n4(outd,seconda,secondb,clk);always(posedge clk)beginout=(outa 8)+(outb 4)/乘积 +(outc 4)+outd;endendmodule第21页8位查找表乘法器仿真波形图第22页9.2.4 加法树乘法器l 结构 底层：乘法器 高层：多级加法器l 优点 1个时钟周期完成第23页加法树乘法器结构框图81乘法器a128b781乘法器a64b6加法器81乘法器a32b581乘法器a16b4加法器81乘法器a8b381乘法器a4b2加法器81乘法器a2b181乘法器ab0加法器加法器加法器加法器y=ab第24页【例9.6】8位加法树乘法器module add_tree(out,a,b,clk);output15:0 out;/乘积input7:0 a,b;/操作数input clk;wire15:0 out;wire15:0 out1,c1;/加法器和wire13:0 out2;wire11:0 out3,c2;wire9:0 out4;第25页reg14:0 temp0;/最高位乘积reg13:0 temp1;reg12:0 temp2;reg11:0 temp3;reg10:0 temp4;reg9:0 temp5;reg8:0 temp6;reg7:0 temp7;/最低位乘积第26页/*81乘法器*/function7:0 mult8x1;input7:0 operand;input sel;beginmult8x1=(sel)?(operand):8b00000000;endendfunction第27页/*操作数b各位与操作数a相乘*/always(posedge clk)begintemp7=mult8x1(a,b0);temp6=(mult8x1(a,b1)1;temp5=(mult8x1(a,b2)2;temp4=(mult8x1(a,b3)3;temp3=(mult8x1(a,b4)4;temp2=(mult8x1(a,b5)5;temp1=(mult8x1(a,b6)6;temp0=(mult8x1(a,b7)7;end第28页/*加法器树运算*/assign out1=temp0+temp1;assign out2=temp2+temp3;assign out3=temp4+temp5;assign out4=temp6+temp7;assign c1=out1+out2;assign c2=out3+out4;assign out=c1+c2;endmodule第29页8位加法树乘法器仿真波形图第30页四种乘法器比较EPF10K10LC84-3并行乘法器移位相加乘法器查找表乘法器加法树乘法器资源耗用（LC）162157240161运行速度（ns）52.774.718.366.2第31页9.3 乘累加器（MAC）设计 第32页【例9.30】乘累加器（MAC）module MAC(out,opa,opb,clk,clr);output15:0 out;input7:0 opa,opb;input clk,clr;wire15:0 sum;reg15:0 out;第33页function15:0 mult;input7:0 opa,opb;reg 15:0 result;integer i;begin result=opa0?opb:0;for(i=1;i=7;i=i+1)begin if(opai=1)result=result+(opb (i-1);end mult=result;endendfunction第34页assign sum=mult(opa,opb)+out;always(posedge clk or posedge clr)beginif(clr)out=0;else out=sum;end endmodule第35页