流水线乘法器 - 360文档中心

加法乘法动态多功能流水线调度

实验报告学生姓名：学号：一、实验室名称：计算机学院计算中心二、实验项目名称：加法乘法动态多功能流水线调度三、实验原理：把加法和乘法流水线分开，完成乘法流水线后再进行加法流水线。

把一个乘法任务分成三个部分，然后同时执行多个任务以模拟指令的流水线调度。

三个步骤每同时完成一次任务执行总时间就加一，直到最后一个操作数进入流水线，此时加法流水线开始工作。

把一个加法任务分成四个部分，然后同时执行多个任务以模拟指令的流水线调度。

四个步骤每同时完成一次任务执行总时间就加一，直到没有任务时停止，看此时的时间与理论上的流水线调度时间的差距来判别程序是否成功模拟了流水线指令的调度。

四、实验目的：1、掌握加法乘法动态双功能指令调度的方式，2、理解静态多功能流水线和动态多功能流水线在调度模式上的区别，3、了解指令并行度上限的概念。

五、实验内容：（一）给定要执行的任务和执行该任务的流水线结构流水线的调度方式能够提高任务的并行度，但是针对不同的任务，由于相关的存在，其并行度的提高是不一致的。

在开始程序设计前，我们首先要给定所要完成的任务：这里我们使用矩阵点积运算任务，∑=n1i aibi 。

n 的数值可以变化，通过变换n 的值用同一程序进行多次模拟。

给定流水线：流水线分五个步骤，每个步骤的执行时间均为一个单位时间；其中1-2-3-5组成加法流水线，1-4-5组成乘法流水线。

加法和乘法可以同时执行（二）对任务进行分解动态多功能流水线不同于静态多功能流水线，流水线中同时只能有多种种操作的指令，因此不能将其划分为两个相互独立的加法流水线和乘法流水线。

我们考虑设计一个加法乘法混合运算器，加法4步，乘法三步，在送入源数据时应指明执行哪种运算。

（三）任务分解程序模拟的思路在实验二的基础上。

我们对设计进行变更。

加法乘法有一个类实现，称之为加乘法类。

乘法的数据源为两个队列，加法的数据源为一个队列。

加法器的源数据队列初始为空，乘法器的源数据队列初始分别放入A1－An 和B1－Bn 。

一种支持无符号数的流水线乘法器

关键词：乘法器，ｏｔ算法，ｌｃ树，水线ＢｈＷａｌｅ流ａ
１引言
乘法器是ＣＵ中一个重要的基本运算部件。Ｐ所
有的乘法器都有同样的处理过程，首先生成部分
通用ＣＵ的要求。在本文的乘法器设计中，Ｐ通过在Ｂｏｈ算法中增加一些简单的逻辑，不但简化了部ｏｔ分积的符号扩展，而且可以使用同样的电路来处理有符号数和无符号数乘法。同时，该乘法器作为某ＣＵ的一部分，为了满足总体时延的要求，ＷａＰ在ｌ —
性能可以采用树形结构把这Ｎ个部分积并行相加，
图１述了乘法器的整体结构，其中数据通路描
包括Ｂｏ编码器，部分积生成电路，符号修正电ｏｔｈ路，ｌｃ树和６加法器。Ｗａｌｅａ４位寄存器包括输入寄存器Ａ、输出寄存器Ｃ，Ｂ，以及流水级间的寄存器Ｃｒａ－ｒ和Ｓｍ。另外还有一些控制电路和标志位控制乘ｙｕ
位传播，这样只需要在归约过程的最后一步使用ＣＡ把２个数相加为一个数而在中间过程使用ＰＣＡ来减少进位传播的时间【。Ｐ３】．国内在上世纪９０年代以来，已有多个采用大规模或超大规模集成电路设计乘法器的实例。例
航天应用的３专用ＣＵ中的乘法器［。中科院２位Ｐ６１计算所在１９９４应用最大时间差的技术设计了流水线乘法器【。这些乘法器都应用于ＤＰ芯片或专用７】Ｓ

基于FPGA的流水线单精度浮点数乘法器设计

基于FPGA的流水线单精度浮点数乘法器设计彭章国;张征宇;王学渊;赖瀚轩;茆骥【摘要】针对现有的采用Booth算法与华莱士(Wallace)树结构设计的浮点乘法器运算速度慢、布局布线复杂等问题,设计了基于FPGA的流水线精度浮点数乘法器.该乘法器采用规则的Vedic算法结构,解决了布局布线复杂的问题;使用超前进位加法器(Carry Look-ahead Adder,CLA)将部分积并行相加,以减少路径延迟;并通过优化的4级流水线结构处理,在Xilinx(R)ISE 14.7软件开发平台上通过了编译、综合及仿真验证.结果证明,在相同的硬件条件下,本文所设计的浮点乘法器与基4-Booth算法浮点乘法器消耗时钟数的比值约为两者消耗硬件资源比值的1.56倍.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2017(036)004【总页数】5页(P74-77,83)【关键词】浮点乘法器;超前进位加法器;华莱士树;流水线结构;Vedic算法;Booth 算法【作者】彭章国;张征宇;王学渊;赖瀚轩;茆骥【作者单位】西南科技大学信息工程学院,四川绵阳621010;西南科技大学信息工程学院,四川绵阳621010;中国空气动力研究与发展中心,四川绵阳621000;西南科技大学信息工程学院,四川绵阳621010;西南科技大学信息工程学院,四川绵阳621010;西南科技大学信息工程学院,四川绵阳621010【正文语种】中文【中图分类】TP331.2浮点乘法器(eFloating Point Multiplier，FPM)是数字信号处理(eDigital Signal Processing，DSP)、视频图像处理以及信号识别等应用邻域重要的运算单元。

尤其是在视频图像处理领域，随着对高速海量图像数据处理的实时性要求逐渐提高，设计一种具有更高速率、低功耗、布局规律、占用面积小和集成度高的浮点乘法器极其重要。

阵列乘法器是采用移位与求和的算法而设计的一种乘法器[1]。

流水线乘法累加器的混合输入设计

１乘法累加器的基本原理在二进制乘法中，乘法的基本算法常可用所谓的一位乘法和两位乘法进行。进行这种乘法运算时，通常分别用乘数的一位或二位与被乘数相乘，再把部分积加起来。移位相加是最基本的乘法器设计思路，实现起来较为简单。它的设计思想就是根据乘数的每一位是否为１行计算，若为１则将进被乘数移位相加。这种方法硬件资源耗用较少。以８位移位相加乘法器为例，其实现过程如下。先对乘数的最低位进行判断是否为ｌ如果为ｌ则把被乘数相加，然。，后被乘数向高位移１，乘数向低位移１：如果为０则被乘数不相加而位位，仍然向高位移１，乘数向低位移１。如此循环判断８次，结束运算。位位纯组合逻辑电路构成的乘法器虽然工作速度比较快，但过于占用硬件资源，于实现多为乘法器：难因此本课题将介绍由８位加法器构成的来设计流水线乘法累加器的混合输入，这种设计能够比较方便实现两个８二进制数的位乘法运算。２设计思路用ＶＤ文本输入设计方法，计一个８流水线乘法累加器的混合输入，ＨＬ设位进行系统仿真。算术流水线主要是指运算操作步骤的并行。如流水乘法器，例如：ＴＲＳＡ～１０４０为级流水运算器，ＩＡＣ为８Ｔ—Ｓ级流水运算器，ＲＹ１ｌ级流水运算器ＣＡ为４等：设ｌ先６位初始和为零，１键和键２分别输入乘数的低４位、高４位：３键和键４输入被乘数的低４位、高４位。由波形可见，１ｃｃｏｋ的第一上升沿个由锁存器输入的乘数和被乘数为０所以在第二个上升沿后得到结果为ＳＯ× ，０２＋３× １＝４，５３５而第三个上升沿后得到结果为Ｓ２３× １＋３× １＝９，第５２５６０而四个上升沿后得到结果为Ｓ２：３× １＋６× ２：８，此等等。如此往复，５１１６１如直至８个时钟脉冲后，流水线乘法累加器过程终止。２设计文件２１顶层原理图如图ｌ所示，ｌ由６位加法器（ＤＥ１Ｂ、８锁存器（ＡＣ８１和调入ＡＤＲ６）位ＬＴＨ）

串行乘法器与并行乘法器的设计

count <= count + 1;
state <= s1;
end
end
s2: begin
result <= P;
input [7:0] x, y;
output [15:0] result;
reg [15:0] result;
parameter s0 = 0, s1 = 1, s2 = 2;
reg [2:0] count = 0;
state <= s0;
end
default: ;
endcase
end
endmodule
module multi_CX(clk, x, y, result);
reg [1:0] state = 0;
reg [15:0] P, T;
reg [7:0] y_reg;
always @(posedge clk) begin
case (state)
s0: begin
input clk;
input rst_n;
output [7:0] mul_out;
reg [7:0] mul_out;
reg [7:0] stored0;
reg [7:0] stored1;
下面是用Verilog HDL实现一个4位的流水线乘法器：
Java代码
module multi_4bits_pipelining(mul_a, mul_b, clk, rst_n, mul_out);
input [3:0] mul_a, mul_b;
法器的Verilog HDL实现
博客分类： FPGA

Radix-16 Booth流水线乘法器的设计

ｐｅｓｏｒａ．Ｂｙｏｔｉｉｇｔｅｃｍｐｅｓｏｒａｎｈ４ｂＣＬ（ａｒ－ｏｋｈａ）ａｄｒｉｒｓｉｎａｒｙｐｉｚｎｈｏｒｓｉｎａｒｙａｄｔｅ６一Ａｃｒｙｌｏａｅｄｄｅｍｎ
ＤｅｉｎｆＲａｉ一６ＢｏｔｐｅｉｅＭｕｔｐｌｅｓｇｏｄｘ１ｏｈＰｉｌｎｌｉｉｒ
Ｌｉｎｅｇ，ＳａｈｂａａｇＦｎｈｏＺｉｉｏ，ＬｉｎｉａｇＪｎ
（．ｃｏｌｆｌｃｒｎｃｎｎｏｍａｉｎＥｇｎｅｉｇｉｎＪａｔｎｉｅｓｙＸｉｎ７０４，ｉａ１ＳｈｏｅｔｏｉｓａｄＩｆｒｔｎｉｅｒ，ＸｉｏｇＵｎｖｒｉ，１０９ＣｈｎｏＥｏｎａｏｔａ２ＳｈｏｆｃａｉａＥｇｎｅｉｇＸｉｎＪｏｏｇＵｎｖｒｉ，Ｘｎ７０４，ｉａ．ｃｏｌｏＭｅｈｎｃｌｎｉｅｒｎ，ｉｔｎｉｅｓｙｉ１０９Ｃｈｎ）ａａｔａ
维普资讯
第４０卷
第１０期
西
安交通
大
学
学报
Ｖｏ．０Ｎ１１４ｏ０Ｏｃ．２０ｔ０６
２０年１０６０月
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩＡＮＩＪＡＯＴＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＴＹＩ
Ｒａｉ一Ｂｏｈ流水线乘法器的设计ｄｘ１ｏｔ６
梁峰，邵志标，梁晋
（．１西安交通大学电子与信息工程学院，７０４，１０９西安；２西安交通大学机械工程学院，１０９西安）．７０４，

一种可重构的高速流水线乘法器

维普资讯
第１２卷第３期２０年６月０７
文章编号：１０－２９（０７０－０３００７０４２０）３０３－４
电路与系统学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＩＲＣＵＩＴＳＡＮＤＹＳＥＭＳＳＴ
＝ｔ＋ｘｔｔｔ—Ⅳ ＋ｍａ（，ｔ）ｔｌ２＿（）４
ＩＮＤＡＴＡＶＡＬＩＤＣＬ０ＣＫ
其中ｍａ（，３』）ｘｔｔｔ．为Ⅳ部分中的最大延时【。。２．Ⅳ ＩＪ
公式（）＝ａｔ，３中 ∑ｍｘ这样流水设计就有效地降低了乘法器ｎ
ｎ－Ｉ
的时延，提高了运算速度。
３１逻辑设计．
两比特流水乘法器流水结构如图ｌ示【３输出样本结果的时钟所Ｊ】＇，
图１流水结构乘法器逻辑图
ＳＬ周期与电路的时钟周期相同。Ｅ当使用流水乘法器处理低速信号
３高速可重构流水线乘法器
本节将介绍一种高速可重构流水线乘法器，它不仅能实现较高的电路频率，还具可变速率数据。通常电路设计中，“ 水 ” 构由于其高速、高效，流结及低输入电压的特点，在乘法电路的设计中受到广泛的应用，。
摘要；本文针对在语音、视频等信号处理中出现的变速率信号处理，提出了一种新型的高速高效可重构流水线乘
法器电路，并在０２哪．５工艺条件下对电路进行了仿真。该电路通过控制流水级数处理变速信号，可有效地节约电路资源约３％，同时可保证频率达１Ｇ４．Ｈｚ的高运算速度。８关键词；可重构；高速；乘法器；流水线

数字系统高级设计技术(第4讲)

流水线乘法器的结构图
对应的Verilog HDL代码
并行和流水线
--流水线设计
module top( input [7:0] a, input [7:0] b, input clk, output reg [15:0] y );
reg [7:0] a1,b1; reg [15:0] prod,prod1;
由此可见，在不提高系统运行频率的情况下，提高流水线
的级数将成倍地提高系统处理的效能。但是流水线的设计
也是有一定的限制的：
只有对那些能分成n个步骤完成，并且对每个步骤都需要固定相同处理时间的操作来说才能采用流水线设计；
受硬件资源的限制，流水线的级数是有限制的；对于存在处理分支预测流水线的设计（广泛应用于微处理器的设
采用流水线后，数据通道将会变成多时钟周期，所以要特别考虑设计的其余部分，解决增加通路带来的延迟。
并行和流水线
--流水线设计
流水线基本结构是将适当划分的N个操作步骤串连起来。
流水线操作的最大特点是数据流在各个步骤的处理，从时间上看是连续的；
其操作的关键在于时序设计的合理安排、前后级接口间数据的匹配。如果前级操作的时间等于后级操作的时间，直接输入即可；
input [7:0] b2,
input [7:0] a3,
input [7:0] b3, output [17:0] y
对应的并行乘法器结构
);
assign y=a0*b0+a1*b1+a2*b2+a3*b3;
endmodule
并行和流水线 --并行设计
下图给出了实现该功能的并行结构。
通过使用多个乘法器，使得四个乘法运算可以同时进行。但是这种速度的提高是以面积为代价的。

vhdl 四位流水线乘法器

实验二四位流水线乘法器一、实验目的1．了解四位并行乘法器的原理。

2．了解四位并行乘法器的设计思想和流水线的实现方法。

3．掌握用VHDL 语言实现基本二进制运算的方法。

二、实验内容与要求通过开关和键盘输入两组4BIT的二进制数据，按照二进制加法器原理进行加和，求出和及进位，并通过LED显示灯输出显示，完成编译、综合、适配、仿真、实验箱上的硬件测试。

三、实验原理流水线结构的并行乘法器的最大有点就是速度快，尤其实在连续输入的乘法器中，可以达到近乎单周期的运算速度。

流水线乘法器是组合逻辑电路实现无符号数乘法的方法上发展而来的。

其关键是在组合逻辑电路的基础上插入寄存器。

假如有被乘数A 和乘数B，首先用A 与B 的最低位相乘得到S1，然后再把A 左移1 位与B 的第2 位相乘得到S2，再将A 左移3 位与B 的第三位相乘得到S3，依此类推，直到把B 的所有位都乘完为止，然后再把乘得的结果S1、S2、S3……相加即得到相乘的结果。

需要注意的是，具体实现乘法器是，并不是真正的去乘，而是利用简单的判断去实现，举个简单的例子。

假如A 左移n 位后与B 的第n 位相乘，如果B 的这位为‘1’，那么相乘的中间结果就是A 左移n 位后的结果，否则如果B 的这位为‘0’，那么就直接让相乘的中间结果为0 即可。

带B 的所有位相乘结束后，把所有的中间结果相加即得到A 与B 相乘的结果。

在此基础上插入寄存器即可实现流水线乘法器。

四、实验平台（1）硬件：计算机、GX-SOC/SOPC-DEV-LABCycloneII EP2C35F672C8核心板（2）软件：Quartus II软件PIN_AF8 DATAOUT[4] LED4PIN_AE7 DATAOUT[5] LED5PIN_AF7 DATAOUT[6] LED6PIN_AA11 DATAOUT[7] LED7PIN_AE21 BCD[0] 数码管DP4BPIN_AB20 BCD[1]PIN_AC20 BCD[2]PIN_AF20 BCD[3]PIN_AE20 BCD[4] 数码管DP5BPIN_AD19 BCD[5]PIN_AC19 BCD[6]PIN_AA17 BCD[7]PIN_AA18 BCD[8] 数码管DP6BPIN_W17 BCD[9]PIN_V17 BCD[10]PIN_AB18 BCD[11]六、仿真截图七、硬件实现八、程序代码1---clkgen.vhdlibrary IEEE;-- 1HZuse IEEE.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity clkgen isport (CLK : in std_logic;CLK1HZ: out std_logic);end entity;architecture clk_arch of clkgen issignal COUNT : integer range 0 to 50000000; --50MHZ -->1hz begin -- 50M/1=50000000 PROCESS(CLK)BEGINif clk'event and clk='1' thenIF COUNT= 50000000 thenCOUNT<=0;ELSE COUNT<=COUNT+1;END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(COUNT)BEGINIF COUNT= 5000000 THEN -- 1HZCLK1HZ<='1';ELSE CLK1HZ<='0';END IF;END PROCESS;end architecture;2—BCD-- 输出控制模块，把乘法器的输出转换成BCD码在数码管上显示、-- SCKZ.VHDlibrary IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity BIN2BCD isport ( DIN: in std_logic_vector(7 downto 0); ---The input 8bit binaryBCDOUT: out std_logic_vector(11 downto 0)--输出显示, 已转换成BCD码);end entity;architecture arch of BIN2BCD issignal data2,data3,data4 :std_logic_vector(9 downto 0);-- 输出数据缓存signal hundred,ten,unit:std_logic_vector(3 downto 0);--signal bcdbuffer:std_logic_vector(11 downto 0);---2'1111_1001_11=999beginBCDOUT<= bcdbuffer;bcdbuffer(11 downto 8)<=hundred;bcdbuffer(7 downto 4)<=ten;bcdbuffer(3 downto 0)<=unit;get_hundred_value:process(data2)beginDA TA2<="00"&DIN;---get hundred valueif data2>=900 thenhundred<="1001";--9data3<=data2-900;elsif data2>=800 thenhundred<="1000";--8data3<=data2-500;elsif data2>=700 thenhundred<="0111";--7data3<=data2-700;elsif data2>=600 thenhundred<="0110";--6data3<=data2-600;elsif data2>=500 thenhundred<="0101";--5data3<=data2-500;elsif data2>=400 thenhundred<="0100";--4data3<=data2-400;elsif data2>=300 thenhundred<="0011";--3data3<=data2-300;elsif data2>=200 thenhundred<="0010";--2data3<=data2-200;elsif data2>=100 thenhundred<="0001";--1data3<=data2-100;else data3<=data2;hundred<="0000";end if;end process; ---get_thousand_valueget_tens_value:process(data3) begin---get tens placeif data3>=90 thenten<="1001";--9data4<=data3-90;elsif data3>=80 thenten<="1000";--8data4<=data3-50;elsif data3>=70 thenten<="0111";--7data4<=data3-70;elsif data3>=60 thenten<="0110";--6data4<=data3-60;elsif data3>=50 thenten<="0101";--5data4<=data3-50;elsif data3>=40 thenten<="0100";--4data4<=data3-40;elsif data3>=30 thenten<="0011";--3data4<=data3-30;elsif data3>=20 thenten<="0010";--2data4<=data3-20;elsif data3>=10 thenten<="0001";--1data4<=data3-10;else data4<=data3;ten<="0000";end if;end process; ---get_ten_valueget_unit_value:process(data4)begin--unit's orderif (data4>0) thenunit<=data4(3 downto 0);else unit<="0000";end if;end process;end arch;3 multi4b --------------------------------------------------------------------------------/ -- DESCRIPTION : Signed mulitplier:-- AIN (A) input width : 4-- BIN (B) input width : 4-- Q (data_out) output width : 8-- 并行流水乘法器--------------------------------------------------------------------------------/--10 × 9 = 90-- 1 0 1 0-- 1 0 0 1 =-- --------------- 1 0 1 0-- 0 0 0 0 --partial products-- 0 0 0 0-- 1 0 1 0-- -------------------- 1 0 1 1 0 1 0--parallel : process all the inputs at the same time--pipeline : use several stages with registers to implement it----关键思想，插入寄存器library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity multi4b isport ( CLK: in STD_LOGIC; ---system clockAIN: in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); ---one inputBIN: in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);-- the other inputdata_out: out STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0)---the result ---make sure the biggest value ,i,e. 1111x1111=1110_0001 can be held in the register );end multi4b;architecture multi_arch of multi4b issignal A,B :std_logic_vector(3 downto 0); --input register---registers to hold the result of the first processing---registers added to make use of pipeline, the 1st stagesignal A_MULT_B0: STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);signal A_MULT_B1: STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);signal A_MULT_B2: STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);signal A_MULT_B3: STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);---register to hold the result of the multipliersignal C_TEMP : STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0);beginPROCESS(CLK,AIN,BIN)beginif CLK'EVENT AND CLK='1' THEN-- multiplier operand inputs are registeredA<= AIN;B<= BIN;-----------------Fist stage of the multiplier------------------here we get the axb(0),axb(1),axb(2)，axb(3),i.e.partial products---put them into the responding registersA_MULT_B0(0) <= A (0) and B (0);----- multi 1 , get the a(0) and b(0), & put it into the register A_MULT_B0(0)A_MULT_B0(1) <= A (1) and B (0);A_MULT_B0(2) <= A (2) and B (0);A_MULT_B0(3) <= A (3) and B (0);--10 × 9 = 90-- 1 0 1 0-- 1 0 0 1 =-- --------------- 0 0 0 0 1 0 1 0-- 0 0 0 0 0 0 0 0 --partial products-- 0 0 0 0-- 1 0 1 0-- -------------------- 1 0 1 1 0 1 0A_MULT_B1(0) <= A (0) and B (1);A_MULT_B1(1) <= A (1) and B (1);A_MULT_B1(2) <= A (2) and B (1);A_MULT_B1(3) <= A (3) and B (1);A_MULT_B2(0) <= A (0) and B (2);A_MULT_B2(1) <= A (1) and B (2);A_MULT_B2(2) <= A (2) and B (2);A_MULT_B2(3) <= A (3) and B (2);A_MULT_B3(0) <= A (0) and B (3);A_MULT_B3(1) <= A (1) and B (3);A_MULT_B3(2) <= A (2) and B (3);A_MULT_B3(3) <= A (3) and B (3);end if;end process;--------------------Second stage of the multiplier---------------add the all the partial products ,then get the result of the multiplier C_TEMP<=( "0000" & A_MULT_B0 )+( "000"& A_MULT_B1 &'0' )+( "00" & A_MULT_B2 & "00" )+( '0'&A_MULT_B3 & "000" );--build a signal register output---输出寄存，利于实现流水data_out <= C_TEMP; --output registerend multi_arch;九、实验总结。

fpga中做乘法

fpga中做乘法
（实用版）
目录
1.FPGA 简介
2.FPGA 中实现乘法的方法
3.乘法器的设计与实现
4.FPGA 中乘法的优势与应用
正文
【FPGA 简介】
FPGA（现场可编程门阵列）是一种集成电路，用户可以编程其功能和逻辑。

FPGA 具有灵活性高、速度快、资源可重配置等特点，广泛应用于数字信号处理、通信、图像处理等领域。

【FPGA 中实现乘法的方法】
在 FPGA 中实现乘法有多种方法，常见的有：级联乘法器、流水线乘法器、二维阵列乘法器等。

【乘法器的设计与实现】
1.级联乘法器：将多个 1 位乘法器级联起来，实现多位数的乘法运算。

2.流水线乘法器：通过将乘法过程分为多个阶段，利用流水线技术实现高速乘法。

3.二维阵列乘法器：利用二维阵列结构，实现高效的大规模乘法运算。

【FPGA 中乘法的优势与应用】
1.并行处理：FPGA 可以同时执行多个乘法操作，大大提高运算速度。

2.灵活性高：FPGA 可以根据需求调整乘法器的规模和数量，满足不同应用场景的需求。

3.资源可重配置：FPGA 中的乘法器可以与其他逻辑功能共享资源，提高资源利用率。

乘法器vhdl课程设计

乘法器vhdl课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解乘法器的原理及其在数字信号处理中的应用。

2. 掌握VHDL语言的基本语法和结构，能够使用VHDL进行简单的程序编写。

3. 学习并掌握利用VHDL设计乘法器的方法，理解其位运算和结构设计。

技能目标：1. 能够运用所学知识，独立设计并实现一个简单的乘法器VHDL程序。

2. 培养学生利用电子设计自动化（EDA）工具进行代码编写、仿真和测试的能力。

3. 提高学生的问题分析能力，学会使用VHDL解决实际的数字电路设计问题。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对于电子信息和数字电路设计的兴趣，激发学生创新精神和探索欲望。

2. 增强团队合作意识，通过小组讨论和协作，提高学生之间的沟通能力和协作解决问题的能力。

3. 强化学生的工程伦理观念，了解所学技术在国家经济发展和国防建设中的重要性，树立正确的价值观。

本课程针对高年级电子信息工程及相关专业学生设计，结合学生已具备的基础知识和课程性质，以实践性和应用性为导向，旨在通过具体的乘法器VHDL课程设计，将理论知识与实践技能相结合，提升学生解决实际工程问题的能力。

通过本课程的学习，学生应能够展示出上述具体的学习成果。

二、教学内容1. 乘法器原理回顾：包括乘法器的基本工作原理，不同类型的乘法器结构对比，以及乘法器在数字信号处理中的应用。

- 相关教材章节：第三章“数字电路基础”，第5节“算术逻辑单元”。

2. VHDL语言基础：VHDL的基本语法，数据类型，信号与变量，运算符，顺序与并行语句，进程，实体和架构等。

- 相关教材章节：第五章“硬件描述语言VHDL”，第1-3节。

3. 乘法器的VHDL设计方法：- 位运算乘法器设计原理与实现。

- 流水线乘法器设计原理与实现。

- 相关教材章节：第五章“硬件描述语言VHDL”，第4节“VHDL设计实例”；第六章“数字信号处理器的硬件实现”，第2节“乘法器的硬件实现”。

4. EDA工具的应用：利用EDA工具进行VHDL代码的编写、编译、仿真和测试。

实验五 LPM乘法器模块设置调用

实验五LPM乘法器模块设置调用一、实验目的熟悉LPM模块，并学会调用流水线乘法器LPM模块。

二、实验原理8位乘法器MULT8是通过宏模块输入方式直接从元器库中调用，修改相应的参数，包括四个端口：clock是一个时钟端口，作用是接收给定的特定时序脉冲，当来一个上升沿脉冲时，将接收到的数据进行相应逻辑运算；dataa、datab是两个8位标准逻辑位的输入端口，接收来自两个8位锁存器FF0的数据；result[15..0]是一个16位标准逻辑位的数据输出端。

三、实验仪器配套计算机及Quartus II 软件四、实验步骤与内容1.LPM_COUNTER计数器模块的调用（1）首先打开一个原理编辑窗，存盘取名为MULT8B, 然后将它创建成工程。

再次进入本工程的原理图后，单击左下的打开宏功能快调用管理器 MegaWizard Plug-In Mannager管理器按钮。

图1 从原理图编辑窗进入MegaWizard Plug-In Mannager管理器（2）单击Next->Arithmetic—>LPM-MULT并命名为MULT8B到下图图2 LPM宏观能块设定（3）单击next 并选择相应的东西得到如下图3图3（4）单击next 并选择相应的东西得到如下图4图4 选择有符号乘法模式，并用专用乘法器模块构建乘法器（5）单击next 并选择相应的东西得到如下图5图5 选择二级流水线乘法模式（6）单击next 并选择相应的东西得到如下图6图6（7）单击next 并选择相应的东西得到如下图7图7（8）点击finsih->project MULT8B得到MULT8B symbol如下图8图8 MULT8B symbol图(9) 综合运行，检查设计是否正确。

图9 全程编译无错后的报告信息(10) 建立波形编辑文件进行功能仿真，仿真结果如下图所示。

图10 MULT8B的仿真波形（11）查看RTL电路。

任务书8-流水线乘法器设计

天津城建大学
课程设计任务书
2012 —2013 学年第1 学期
电子与信息工程系电子信息工程专业
课程设计名称：EDA技术及应用
设计题目：流水线乘法器设计
完成期限：自2013 年1月31 日至2013 年 1 月 4 日共 1 周
一．课程设计依据
在掌握常用数字电路原理和技术的基础上，利用EDA技术和硬件描述语言，EDA开发软件（QuartusⅡ）和硬件开发平台（达盛试验箱CycloneⅡFPGA）进行初步数字系统设计。

二．课程设计内容
采用时序电路，流水线结构，加法树式算法设计实现16位输入数据的乘法，并显示结果。

提示：字节间分块，1字节内8×8为加法数。

扩展部分：每个输入数据宽度为8bit，一个16bit数据分两次输入。

三．课程设计要求
1. 要求独立完成设计任务。

2. 课程设计说明书封面格式要求见《天津城建大学课程设计教学工作规范》附表1
3. 课程设计的说明书要求简洁、通顺，计算正确，图纸表达内容完整、清楚、规范。

4. 测试要求：根据题目的特点，采用相应的时序仿真或者在实验系统上观察结果。

5. 课设说明书要求：
1) 说明题目的设计原理和思路、采用方法及设计流程。

2) 对各子模块的功能以及各子模块之间的关系作明确的描述。

3) 对实验和调试过程，仿真结果和时序图进行说明和分析。

4) 包含系统框图、电路原理图、HDL设计程序、仿真测试图。

指导教师（签字）：
教研室主任（签字）：
批准日期：2012 年12 月22 日。

流水线技术--MIPS R4000流水线计算机简介

3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
3. R4000浮点流水线是一种多功能非线性流水线 4. 双精度浮点操作指令的延迟、启动间隔以及流水段的使用情况（表3.9）
虚拟存储器的特点
13／14
表3.9
浮点指令延迟
初始化间隔 3
4 35 111 1 1
使用的流水段
加、减
乘除求平方根取反求绝对值
虚拟存储器的特点
7／14
虚拟存储器的特点
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
◆ 采用单周期延迟分支
◆ 预测分支：失败分支
◆ 处理分支指令的时空图
虚拟存储器的特点
9／14
虚拟存储器的特点
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
3.4.2 MIPS R4000 浮点流水线
1. R4000浮点部件 ◆ 1个浮点除法器 ◆ 1个浮点乘法器 ◆ 1个浮点加法器
4
8 36 112 2 2
U,S+A,A+R,R+S
U,E+M,M,M,M,N,N+A,R U,A,R,D28,D+A,D+R,D+A,D+R,A,R U,E,(A+R) 108,A,R U,S U,S
浮点比较
3
2
U,A,R
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点 1／14
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
3. 流水线中各段的功能
虚拟存储器的特点
2／14
4．指令序列在流水线中的重叠执行过程
虚拟存储器的特点
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
5. 载入延迟为两个时钟周期

一种结构新颖的流水线Booth乘法器设计

ｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ０．１３４ｍｍ，ａｎｄｔｈｅｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ３２．６９ｍＷ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ，ｂｏｏｔｈｅｎｃｏｄｉｎｇ，ｐｒｅｉｘｆａｄｄｅｒ，ｐｉｐｅｌｉｎｅ
ＳＭＩＣ０．１８ｔｘｍＣＭＯＳｐｒｏｃｅｓｓ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔ ’ Ｓｃｒｉｔｉｃａｌｐａｔｈｄｅｌａｙｉｓ３．６ｎｓ，ｔｈｅｃｈｉｐａｒｅａ
ｇｕａｇｅ（ＨＤＬ）ａｎｄｖｅｒｉｉｆｅｄｂｙＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｉｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙ
ＡｂｓｔｒａｃｔＯｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＢｏｏｔｈｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ，ａｎｏｖｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅｄＢｏｏｔｈｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｓｂａｓｅｄｏｎｒａｄｉｘ－４ＢｏｏｔｈｅｎｃｏｄｉｎｇｗｉｔｈＷａｌｌａｃｅｔｒｅｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄ６４ｂｉｔｓＫｏｇｇｅ — Ｓｔｏｎｅｐｒｅｉｆｘａｄｄｅｒ．Ｔｈｅ３２ｂｉｔＸ３２ｂｉｔｕｎｓｉｇｎｅｄａｎｄｓｉｇｎｅｄｒａｐｉｄｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｓｒｅａｌｉｚｅｄｂｙｉｎｓｅｒｔｉｎｇ４－ｌｅｖｅｌｐｉｐｅｌｉｎｅｒｅｇｉｓｔｅｒｓｉｎｓｅｇｍｅｎｔａｃｈｉｅｖｅｄ６４Ｋｏｇｇｅ — Ｓｔｏｎｅａｄｄｅｒ．ＴｈｅｄｅｓｉｇｎｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎＨａｒｄｗａｒｅＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎＬａｎ —

一种高速近似乘法器设计

一种高速近似乘法器设计吴德祥; 班恬【期刊名称】《《计算机工程》》【年(卷),期】2019(045)012【总页数】5页(P289-293)【关键词】近似计算; 容错; 乘法器; 流水线; 图像处理【作者】吴德祥; 班恬【作者单位】南京理工大学电子工程与光电技术学院南京210094【正文语种】中文【中图分类】TP3090 概述由于人类感官的固有局限性,如对图像、声音的细微变化不敏感,因此诸如图像变换、音频处理等许多应用就可以采用近似计算[1],而无需得到精确的计算结果。

近似计算的关键思想是通过牺牲少量的精度来换取性能的大幅提升。

在许多应用中存在乘法运算,采用近似乘法器可以提升处理速度,减少资源消耗。

本文在研究现有近似乘法器的基础上,设计一种新的高速近似乘法器,并将其应用到图像处理中。

1 相关工作乘法器对于给定2个n位的操作数进行乘法操作,其主要步骤为:1)将操作数按位相与,产生一系列n位部分乘积项(Partial Product,PP)[2]。

2)通过一些特定方式如全加、4-2压缩[2]进行累加,将n位PP压缩为2行。

3)对最后2行求和,得到最终乘积。

乘法器的近似可以从上述3个步骤入手。

文献[3]提出一种根据设计的乘法器(Under Designed Multiplier,UDM),通过2乘2近似乘法器子模块来产生PP。

对PP压缩是近似研究的重点方向,主要方法包括截断、4-2压缩[4-5]以及近似全加器累加等。

文献[4-7]提出不同的4-2压缩方法来压缩PP。

文献[8-9]利用或门来压缩低位的PP,高位用精确加法器累加避免误差距离过大。

除了上述近似方法之外,文献[10]使用米切尔对数算法及其改进形式来近似乘法操作,获得的改进乘法器性能较好。

2 近似乘法器结构2.1 近似加法结构对绝大部分乘法器来说,加法器是基本元素。

低位或门加法器(Lower-part-OR Adder,LOA)与容错加法器(Error-Tolerant Adder,ETA)可以对加法器低位进行不精确计算。

基于流水线技术电路速度的提高

维普资讯
科技情报开发与经济
文章编号：０５６３（０７）１００ — ２１０－０３２０２— ２４０
ＳＩＴＣＦＲＡＩＮＤＶＬＰＥＴ＆ＥＯＯＹＣ－ＥＨＩＯＭＴＯＥＥＯＭＮＮＣＮＭ
ｅｄｎｅｄｎ
２流水线设计实例
下面用流水线设计４４乘法器。ｘ
２１乘法器原理．
ｌａｓｐｓｄｅｃｏｓｄｅｅｅ）ａｗｙ＠（ｏｅｇｌｒｏｅｇｓｔｋｐｒ
ｅｉｂｇｎ
ｉｒｓｔｅ２：ｄ；ｆ（ｅｅ）ｒｇ＜１Ｏ２
２ＯＯ６．
第一作者简介：史
荔兴路９号，１３０５１０．
＿
ｅｉｂｇｎ
ｒ２５］＝ｅｌ８？ｒ１３］｛，＂２０ｒｌ３］－ｅ［：＜ｒ［］（ｇ［：＋ａ１ＯｓＯｇｅＯｂ＂，ｇ［：｝ｂｅ０
ｒｇ［：＜ｒｇ［：；ｇ［１１］＝ｅｌ１：］ｅ２９６］＝ｅｌ７４］ｒ２１：０＜ｒｇ［Ｏ９：ｅ
级二
数据
Ｉ．．Ｊ．．．．＿
数云据数
据锁存
Ｊ．Ｊ．．．＿．＿．．锁存
下｛
１．Ｊ．．．＿－．
数
据
存
Ｉ
存
奉ｌ
下Ｉ
１流水线技术原理
流水线设计的基本原理就是将整个电路划分为若干个流水线级，每
ｒ［０］ｅｌｒ［１］ｅ２ｒ［ｈ］ｅ３ｒ［：］ｅｕ；ｅ１：ｒ；ｇ１：ｒ；ｇ１０ｒ；ｅ７ｒｌｇ０ｇｅ０ｇｅｇｇ０ｓｔ

sysgen乘法器时序问题

sysgen乘法器时序问题（最新版）目录1.乘法器的基本概念和原理2.Sysgen 乘法器的特点和应用3.乘法器时序问题的定义和影响4.Sysgen 乘法器时序问题的解决方案5.总结正文1.乘法器的基本概念和原理乘法器是数字电路中的一种基本组件，用于实现两个二进制数的乘积。

它的工作原理是将两个二进制数进行逐位相乘，然后将结果进行累加，得到最终的乘积。

乘法器在数字电路和计算机体系结构中具有广泛的应用，如数据通路、处理器、存储器等。

2.Sysgen 乘法器的特点和应用Sysgen 乘法器是一种特殊的乘法器，具有高性能、低功耗的特点。

它采用流水线技术，将乘法操作分为多个阶段，每个阶段可以并行处理，从而大大提高了运算速度。

Sysgen 乘法器广泛应用于高性能计算机、信号处理、图像处理等领域。

3.乘法器时序问题的定义和影响乘法器时序问题是指在数字电路中，由于信号传输和处理过程中存在的时间延迟，导致乘法器输出结果不能按时到达的问题。

这会影响系统的稳定性和正确性，甚至可能导致系统崩溃。

乘法器时序问题主要包括输入信号的延迟、输出信号的延迟以及各部件之间的时序配合问题。

4.Sysgen 乘法器时序问题的解决方案针对 Sysgen 乘法器的时序问题，可以采取以下几种解决方案：（1）优化设计：通过改进乘法器的结构和布局，减少信号传输和处理的时间延迟，提高系统的工作频率。

（2）时序约束：在设计过程中，对各个部件的输入和输出信号进行时序约束，保证信号能够按时到达和处理。

（3）时序分析：在系统设计完成后，进行时序分析，检查系统中是否存在时序违规现象，及时发现并修改。

（4）时序冗余：通过增加一定的时序冗余，提高系统的稳定性和容错能力，保证系统在时序违规的情况下仍能正常工作。

5.总结Sysgen 乘法器作为一种高性能的乘法器，在数字电路和计算机体系结构中具有广泛应用。

然而，乘法器时序问题会影响系统的稳定性和正确性。

18×18并行流水乘法器芯片设计

18×18并行流水乘法器芯片设计
徐加全;侯朝焕;张骥
【期刊名称】《电子学报》
【年(卷),期】1995(23)2
【摘要】本文详细介绍了１８×１８ＭｏｄｉｆｉｅｄＢｏｏｔｈ算法和华士树乘法器的全定制芯片设计。

芯片的工艺采用１．２μｍ，整个算法仿真和版图设计工作是在ＭｅｎｔｏｒＧｒａｐｈｉｃｓ公司的ＤＧＴ上完成的。

芯片加工完成后，一个样片通过所有测试，实测工作频率为３６兆赫。

【总页数】1页(P82)
【作者】徐加全;侯朝焕;张骥
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TP332.22
【相关文献】
1.超低附加相移0.5GHz～18GHz六位数控衰减芯片设计 [J], 刘云刚;陈依军;全金海
2.采用芯片级封装的14 GHz～18 GHz双通道多功能芯片设计 [J], 谢卓恒;王阆;韦学强;赵恒
3.基于改进的布斯算法FPGA嵌入式18×18乘法器 [J], 王鲁豫;陈春深;国磊
4.20×18位符号定点乘法器的FPGA实现 [J], 王景存;黄勇
5.单片集成并行流水线操作16×16位数字乘法器 [J], 洪志良;张新源
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。