parameer参数传递的16位乘法器

parameer参数传递的16位乘法器
parameer参数传递的16位乘法器

parameter参数传递的16位乘法器

选用课后习题设计

题目:设计一个4位乘法器,为此首先设计一个4位加法器,用例化语句调用这个加法器,用移位相加的方式完成乘法。并以此为基础,使用parameter参数传递的功能,设计一个16位乘法器。

加法器采用行波进位的方法。4位加法器设计如下:

module ripple_carry_adder(x, y, cin, sum, cout);

parameter N = 4;

input cin;

input [N-1:0] x, y;

output [N-1:0] sum;

output cout;

reg cout;

reg [N-1:0] sum;

reg q[N:0];

always @(x or y or cin)begin:ADDER

integer i;

q[0] = cin;

for(i=0; i<=N-1; i=i+1)begin

q[i+1] = (x[i]&y[i]) | (x[i]&q[i]) | (y[i]&q[i]);

sum[i] = x[i] ^ y[i] ^ q[i];

end

cout = q[N];

end

endmodule

以此为基础的4位乘法器如下:

module top(load, rst, clk, dataa, datab, sum);

parameter n = 4;

input load;

input rst;

input clk;

input [n-1:0] dataa;

input [n-1:0] datab;

output [2*n-1:0] sum;

parameter [1:0] state_s1 = 0,

state_s2 = 1;

reg [1:0] next_state;

reg [2*n-1:0] dataa_register;

reg [n-1:0] datab_register;

reg [2*n-1:0] sum_tmp,sum_tmp2;

wire cout;

assign sum = sum_tmp;

always @(negedge rst or posedge clk)

begin:

integer i;

if (rst == 1'b0)

begin

for (i = 0; i <= 2 * n - 1; i = i + 1)

begin

dataa_register[i] <= 1'b0;

sum_tmp[i] <= 1'b0;

end

for (i = 0; i <= n - 1; i = i + 1)

datab_register[i] <= 1'b0;

next_state <= state_s1;

end

else

case (next_state)

state_s1 :

if (load == 1'b1)

begin

dataa_register[n - 1:0] <= dataa;

datab_register <= datab;

for (i = 0; i <= 2 * n - 1; i = i + 1) sum_tmp[i] <= 1'b0;

next_state <= state_s2;

end

state_s2 :

begin

if (datab_register[0] == 1'b1)

// sum_tmp <= sum_tmp + dataa_register;

sum_tmp<={(n-1)'b0,cout,sum_tmp2[n-1:0]};

if (datab_register == 4'h0)

next_state <= state_s1;

else

begin

datab_register[n - 2:0] <= datab_register[n - 1:1];

datab_register[n - 1] <= 1'b0;

dataa_register[2 * n - 1:1] <= dataa_register[2 * n - 2:0];

dataa_register[0] <= 1'b0;

end

end

endcase

end

ripple_carry_adder #(N = 4) u0(.x(sum_tmp), .y(dataa_register), .cin(1'b0), .sum(sum_tmp2), .cout(cout));

endmodule

以此为基础的16位乘法器为:

module top(load, rst, clk, dataa, datab, sum,ready);

parameter n = 16;

input load;

input rst;

input clk;

input [n-1:0] dataa;

input [n-1:0] datab;

output [2*n-1:0] sum;

output ready;

parameter [1:0] state_s1 = 0,

state_s2 = 1;

reg [1:0] next_state;

reg [2*n-1:0] dataa_register;

reg [n-1:0] datab_register;

reg [2*n-1:0] sum_tmp;

reg ready;

wire [2*n-1:0] sum_tmp2;

wire cout;

integer i;

assign sum = sum_tmp;

always @(negedge rst or posedge clk)

begin

if (rst == 1'b0)

begin

ready<=1'b0;

for (i = 0; i <= 2 * n - 1; i = i + 1)

begin

dataa_register[i] <= 1'b0;

sum_tmp[i] <= 1'b0;

end

for (i = 0; i <= n - 1; i = i + 1)

datab_register[i] <= 1'b0;

next_state <= state_s1;

end

else

case (next_state)

state_s1 :

if (load == 1'b1)

begin

dataa_register[2*n - 1:n]<=0;

dataa_register[n - 1:0] <= dataa;

datab_register <= datab;

ready<=1'b0;

for (i = 0; i <= 2 * n - 1; i = i + 1)

sum_tmp[i] <= 1'b0;

next_state <= state_s2;

end

state_s2 :

begin

if (datab_register[0] == 1'b1)

// sum_tmp <= sum_tmp + dataa_register;

sum_tmp<={sum_tmp2};

if (datab_register == 4'h0) begin

next_state <= state_s1;

ready<=1'b1;

end

else

begin

datab_register[n - 2:0] <= datab_register[n - 1:1];

datab_register[n - 1] <= 1'b0;

dataa_register[2 * n - 1:1] <= dataa_register[2 * n - 2:0];

dataa_register[0] <= 1'b0;

end

end

endcase

end

ripple_carry_adder#(2*n)

u0(.x(sum_tmp), .y(dataa_register), .cin(1'b0), .sum(sum_tmp2), .cout(cout));

endmodule

4位加法器

4位乘法器

16位乘法器

参数传递方式

引用在函数参数传递中的作用 传递参数有三种方法:1,传递对象本身。2,传递指向对象的指针。3,传递对象的引用。 (1)传值方式 ①传给被调用函数的是整型、长整型、浮点型或双精度型变量。被调用的函数得定义相应的变量为形参。 ②传给被调用函数的是结构变量。被调用函数得定义结构变量为形参。 ③传给被调用函数的是结构变量的成员。被调用函数得定义与该成员同类的变量为形参。 #include "stdio.h" ?#include ?main( ) ?{ ?void swap(int pt1,int pt2); ?int a,b; ?scanf("%d, %d", &a,&b); ?swap(a,b); ?printf("\n%d,%d\n",a,b); ?} ?void swap(int pt1,int pt2) ?{int p; p=pt1; pt1=pt2; pt2=p; } ?

#include "stdio.h" void swapint(); int a,b; void main() { a = 5, b = 10; swapint(); printf("%d\n%d\n",a,b); } void swapint() { int temp; temp=a; a=b; b=temp; } (2)传址方式 ①传给被调用函数的是变量的地址。被调用函数得定义指针变量为形参。 ②传给被调用函数的是数组的地址即数组名。被调用的函数得定义数组或指针变量为形参。 ③传给被调用函数的是函数的地址即函数名称。被调用函数得定义指向函

数的指针变量为形参。④传给被调用函数的是结构的地址。被调用函数得定义结构指针为形参。 #include "stdio.h" ?#include ?main( ) ?{ ?void swap(int *pt1,int *pt2); ?int a,b,*p1,*p2; ?scanf("%d, %d", &a,&b); ?p1=&a;p2=&b; ?swap(p1,p2); ?printf("\n%d,%d\n",a,b); ?} ?void swap(int *pt1,int *pt2) ?{int p; p=*pt1; *pt1=*pt2; *pt2=p; } #include "stdio.h" void swapint(int *a,int *b); void main() { int a = 5, b = 10;

乘法器

课程设计任务书 题目基于FPGA的6*6串行乘法器设计起讫日期 学生姓名专业班级通信工程 所在院系电气信息学院 指导教师职称 所在单位通信工程教研室

任务及要求: 1.设计内容和要求(包括设计内容、主要指标与技术参数) 设计内容:设计一个6*6串行乘法器 设计要求: (1)设计语言为Verilog,仿真软件为ISE自带仿真软件iSIM; (2)该设计不要求下载到硬件开发板上,只需给出仿真波形图,但要求能够从波形图 中看出实现了乘法运算 2.原始依据 本设计要求学生应用Xilinx FPGA设计一个6*6串行乘法器,通过设计能够让学生进一步掌握FPGA的基本开发流程,同时提高时序设计能力,学生已学习过EDA课程,掌握硬件描述语言基本知识,通过本次设计可进一步提高学生的动手能力,加强理论联系实际的能力。 3.进度计划 3.4-3.8 查阅相关资料,掌握FPGA基本知识。 3.11-3.15 应用Verilog语言进行程序开发,设计调试。 3.18-3.22 调试验收,撰写专业课程实践训练报告。 4.参考文献 [1] 夏宇闻. Verilog数字系统设计教程[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,2008. [2] Snair Palnitkar(美). VerilogHDL数字设计与综合. 夏宇闻等译.(第二版)[M]. 北京:电子工业出版社,2009. [3] Xilinx. UG230 [Z/OL]. https://www.360docs.net/doc/bd11405779.html, 指导教师签字: 教研室主任签字:

目录 摘要: (4) 关键词 (4) 一:FPGA (4) 1.1名称 (4) 1.2背景 (4) 1.3工作原理 (4) 1.4芯片结构 (5) 二:Verilog HDL (5) 2.1verilog hdl名称 (5) 2.2verilog hdl用途 (5) 2.3 Ve r i l o g硬件描述语言的主要能力 (6) 三:Spartan3E (7) 四:乘法器 (8) 4.1什么是乘法器 (8) 4.2实现乘法器的方法 (8) 4.3 6*6串行乘法器的设计思路 (9) 4.4 6*6乘法器程序代码 (9) 4.5 6*6乘法器设计仿真图 (11) 4.6结果分析 (12) 四:总结 (12) 参考文献 (12)

C++中函数调用时的三种参数传递方式

在C++中,参数传递的方式是“实虚结合”。 ?按值传递(pass by value) ?地址传递(pass by pointer) ?引用传递(pass by reference) 按值传递的过程为:首先计算出实参表达式的值,接着给对应的形参变量分配一个存储空间,该空间的大小等于该形参类型的,然后把以求出的实参表达式的值一一存入到形参变量分配的存储空间中,成为形参变量的初值,供被调用函数执行时使用。这种传递是把实参表达式的值传送给对应的形参变量,故称这种传递方式为“按值传递”。 使用这种方式,调用函数本省不对实参进行操作,也就是说,即使形参的值在函数中发生了变化,实参的值也完全不会受到影响,仍为调用前的值。 [cpp]view plaincopy 1./* 2. pass By value 3.*/ 4.#include https://www.360docs.net/doc/bd11405779.html,ing namespace std; 6.void swap(int,int); 7.int main() 8.{ 9.int a = 3, b = 4; 10. cout << "a = " << a << ", b = " 11. << b << endl; 12. swap(a,b); 13. cout << "a = " << a << ", b = " 14. << b << endl; 15.return 0; 16.} 17.void swap(int x, int y) 18.{ 19.int t = x; 20. x = y; 21. y = t; 22.}

如果在函数定义时将形参说明成指针,对这样的函数进行调用时就需要指定地址值形式的实参。这时的参数传递方式就是地址传递方式。 地址传递与按值传递的不同在于,它把实参的存储地址传送给对应的形参,从而使得形参指针和实参指针指向同一个地址。因此,被调用函数中对形参指针所指向的地址中内容的任何改变都会影响到实参。 [cpp]view plaincopy 1.#include https://www.360docs.net/doc/bd11405779.html,ing namespace std; 3.void swap(int*,int*); 4.int main() 5.{ 6.int a = 3, b = 4; 7. cout << "a = " << a << ", b = " 8. << b << endl; 9. swap(&a,&b); 10. cout << "a = " << a << ", b = " 11. << b << endl; 12. system("pause"); 13.return 0; 14.} 15.void swap(int *x,int *y) 16.{ 17.int t = *x; 18. *x = *y; 19. *y = t; 20.} 按值传递方式容易理解,但形参值的改变不能对实参产生影响。 地址传递方式虽然可以使得形参的改变对相应的实参有效,但如果在函数中反复利用指针进行间接访问,会使程序容易产生错误且难以阅读。

各种乘法器比较

各种乘法器比较 韦其敏08321050 引言:乘法器频繁地使用在数字信号处理和数字通信的各种算法中,并往往影响着整个系统的运行速度。如何实现快速高效的乘法器关系着整个系统的运算速度和资源效率。本位用如下算法实现乘法运算:并行运算、移位相加、查找表、加法树。并行运算是纯组合逻辑实现乘法器,完全由逻辑门实现;移位相加乘法器将乘法变为加法,通过逐步移位相加实现;查找表乘法器将乘积结果存储于存储器中,将操作数作为地址访问存储器,得到的输出数据就是乘法运算结果;加法树乘法器结合移位相加乘法器和查找表乘法器的优点,增加了芯片耗用,提高运算速度。 注:笔者使用综合软件为Quartus II 9.1,选用器件为EP2C70,选用ModelSim SE 6.1b进行仿真,对于其他的软硬件环境,需视具体情况做对应修改。 汇总的比较: 详细实现过程: 1.并行乘法器 源代码: module Mult1(outcome,a,b); parameter MSB=8; input [MSB:1] a,b; output [2*MSB:1] outcome; assign outcome=a*b; endmodule

资源耗用情况: ModelSim测试激励文件源代码:`timescale 10ns/1ns module Mult1_test(); reg [8:1] a,b; wire [16:1] outcome; Mult1 u1(outcome,a,b); parameter delay=2; initial begin a=1; b=0; end initial forever begin #delay a=a+1; b=b+1; if(outcome>=16'h0FFF) $stop;

模拟乘法器AD834的原理与应用

模拟乘法器AD834的原理与应用 1.AD834的主要特性 AD834是美国ADI公司推出的宽频带、四象限、高性能乘法器,其主要特性如下: ●带符号差分输入方式,输出按四象限乘法结果表示;输出端为集电极开路差分电流结构,可以保证宽频率响应特性;当两输入X=Y=±1V时,输出电流为±4mA; ●频率响应范围为DC~500MHz; ●乘方计算误差小于0.5%; ●工作稳定,受温度、电源电压波动的影响小; ●低失真,在输入为0dB时,失真小于0.05%; ●低功耗,在±5V供电条件下,功耗为280mW; ●对直通信号的衰减大于65dB; ●采用8脚DIP和SOIC封装形式。 2.AD834的工作原理 AD834的引脚排列如图1所示。它有三个差分信号端口:电压输入端口X=X1-X2和Y=Y1-Y2,电流输出端口W=W1-W2;W1、W2的静态电流均为8.5mA。在芯片内部,输入电压先转换为差分电流(V-I转换电阻约为280Ω),目的是降低噪声和漂移;然而,输入电压较低时将导致V-I转换线性度变差,为此芯片内含失真校正电路,以改善小信号V-I转换时的线性特性。电流放大器用于对乘法运算电路输出的电流进行放大,然后以差分电流形式输出。 AD834的传递函数为: W=4XY (X、Y的单位为伏特,W的单位为mA) 3.应用考虑 3.1 输入端连接

尽管AD834的输入电阻较高(20kΩ),但输入端仍有45μA的偏置电流。当输入采用单端方式时,假如信号源的内阻为50Ω,就会在输入端产生1.125mV的失调电压。为消除该失调电压,可在另一输入端到地之间接一个与信号源内阻等值的电阻,或加一个大小、极性可调的直流电压,以使差分输入端的静态电压相等;此外,在单端输入方式下,最好使用远离输出端的X2、Y1作为输入端,以减小输入直接耦合到输出的直通分量。 应当注意的是,当输入差分电压超过AD834的限幅电平(±1.3V)时,系统将会出现较大的失真。 3.2 输出端连接 采用差分输出,可有效地抑制输入直接耦合到输出的直通分量。差分输出端的耦合方式,可用RC耦合到下一级运算放大器,进而转换为单端输出,也可用初级带中心抽头的变压器将差分信号转换为单端输出。 3.3 电源的连接 AD834的电源电压允许范围为±4V~±9V,一般采用±5V。要求VW1和VW2的静态电压略高于引脚+VS上的电压,也就是+VS引脚上的电去耦电阻RS应大于W1和W2上的集电极负载电阻RW1、RW2。例如,RS为62Ω,RW1和RW2可选为49.9Ω,而+V=4.4V,VW1=VW2=4.6V,乘法器的满量程输出为±400mV。 引脚-VS到负电源之间应串接一个小电阻,以消除引脚电感以及去耦电容可能产生的寄生振荡;较大的电阻对抑制寄生振荡有利,但也会使VW1和VW2的静态工作电压降低;该电阻也可用高频电感来代替。 4.应用实例 AD834主要用于高频信号的运算与处理,如宽带调制、功率测量、真有效值测量、倍频等。在某航空通信设备扩频终端机(如图2所示)的研制中,笔者应用AD834设计了扩频信号调制器和扩频信号接收AGC电路。

16位(8x8)硬件乘法器设计报告

EDA课程设计16位(8x8)硬件乘法器设计学校:华侨大学 学院:信息与工程学院 班级:10集成 姓名:项传煜 学号:1015251031 老师:凌朝东

目录 摘要 一.设计要求 二.正文 2.1. 系统设计 2.1.1 系统设计方案 (3) 2.1.2 系统设计原理 (4) 2.2. 各子模块设计 2.2.1 十进制加计数器设计 (5) 2.2.2 BCD码转二进制码BCD_B的设计 (5) 2.2.3 8位移位寄存器reg_8的设计 (6) 2.2.4 8位加法器adder_8的设计 (7) 2.2.5 1位乘法器multi_1的设计 (7) 2.2.6 16位移位寄存器reg_16的设计 (8) 2.2.7 16位二进制转BCD码B_BCD的设计 (9) 2.3. 软件设计 2.3.1 设计平台和开发工具 (10) 2.3.2 程序流程方框图 (10) 2.3.3 实现功能 (11) 2.3.4 8位乘法器的顶层设计 (11) 2.4. 系统测试 2.4.1 乘法器使用 (13) 2.4.2 仪器设备 (13) 2.4.3 测试数据 (14) 2.5. 结论 (14) 三.测试结果仿真图 (14) 四.参考文献 (15) 五.附录:设计说明书及使用说明书 (15)

摘要 本设计通过对一个8×8的二进制乘法器的设计,学习利用VHDL语言来描述简单的算法,掌握利用移位相加方法实现乘法运算的基本原理。在此次设计中该乘法器是由十进制计数器,BCD码(输入)转二进制码,8位寄存器,8位加法器,16位寄存器,8x1乘法器,二进制码转BCD码(输出显示)7个模块构成的以时序方式设计的8位乘法器,采用逐项移位相加的方法来实现相乘。设计中乘数,被乘数的十位和个位分别采用cnt10(十进制加法器)来输入,经拼接符“&”拼接成8位BCD码,再由BCD_B(BCD码转二进制码)转化成二进制码后计算,计算结果由B_BCD(二进制转BCD码)转化成BCD码输入到数码管中显示。此次设计的创新点在于cnt10,BCD_B,B_BCD的设计,使得电路的输入简单,显示方式为十进制,符合人们的习惯。使用中只要输入乘数,被乘数,按下键3(脉冲)就可以直接得出结果,显示结果稳定。可以满足两位十进制乘法的计算。 一.设计要求 设计一个十六位(8*8)硬件乘法器(难度系数1.0) 要求:2位十进制乘法;能同时显示乘数,被乘数和积的信息(LED数码管)。 二.正文 2.1. 系统设计 2.1.1 系统设计方案 方案一:直接生成乘法器,再配合输入,输出电路,构成2位十进制乘法器,该方案简单,原理清晰明了,但占用资源比较多,且不易于了解内部结构,及其乘法原理。 方案二:移位相加方法实现乘法运算再配合输入,输出电路,构成2位十进制乘法器,该方案原理简单,占用资源少,易于初学者掌握移位相加方法实现乘法运算的原理,但电路模块较多。方案选择:由于现在属初学阶段,掌握原理较为重要,故经小组讨论,一致同意采用方案二。

C#中方法的参数有四种类型

C#中方法的参数有四种类型 1. 值参数(不加任何修饰符,是默认的类型) 2. 引用型参数(以ref 修饰符声明) 3. 输出参数(以out 修饰符声明) 4. 数组型参数(以params 修饰符声明) 1. 值传递: 值类型是方法默认的参数类型,采用的是值拷贝的方式。也就是说,如果使用的是值类型,则可以在方法中更改该值,但当控制传递回调用过程时,不会保留更改的值。 使用值类型的例子如:(下面的Swap()未能实现交换的功能,因为控制传递回调用方时不保留更改的值) using System; class Test { static void Swap(int x, int y) { int temp = x; x = y; y = temp; } static void Main() { int i = 1, j = 2; Swap(i, j); Console.WriteLine("i = {0}, j = {1}", i, j); } } /* * 输出结果为: i=1, j=2 * 未能实现Swap()计划的功能 */ 2. 引用传递(ref类型) ref关键字使参数按引用传递。其效果是,当控制权传递回调用方法时,在方法中对参数所做的任何更改都将反映在该变量中。 2.1. 若要使用ref 参数,则方法定义和调用方法都必须显式使用ref关键字。 2.2. 传递到ref 参数的参数必须最先初始化。这与out 不同,out 的参数在传递之前不需要显式初始化。 2.3. 如果一个方法采用ref 或out 参数,而另一个方法不采用这两类参数,则可以进行重载。

相关实例如下: using System; class Test { static void Swap(ref int x, ref int y) { int temp = x; x = y; y = temp; } static void Main() { int i = 1, j = 2; Swap(ref i, ref j); Console.WriteLine("i = {0}, j = {1}", i, j); } } /* * 引用类型实现了Swap()计划的功能: * 输出为: * i = 2, j =1 */ 3. 输出类型(out类型) out 关键字会导致参数通过引用来传递。这与ref 关键字类似。 与ref 的不同之处: 3.1. ref 要求变量必须在传递之前进行初始化,out 参数传递的变量不需要在传递之前进行初始化。 3.2. 尽管作为out 参数传递的变量不需要在传递之前进行初始化,但需要在调用方法初始化以便在方法返回之前赋值。 示例如下: using System; class Test { static void Swap(out int x, out int y) { //在这里进行了i和j的初始化

函数参数传递的原理

函数参数传递的原理 参数传递,是在程序运行过程中,实际参数就会将参数值传递给相应的形式参数,然后在函数中实现对数据处理和返回的过程,方法有按值传递参数,按地址传递参数和按数组传递参数。 形参:指出现在Sub 和Function过程形参表中的变量名、数组名,该过程在被调用前,没有为它们分配内存,其作用是说明自变量的类型和形态以及在过程中的作用。形参可以是除定长字符串变量之外的合法变量名,也可以带括号的数组名。 实参:实参就是在调用Sub 和Function过程时,从主调过程传递给被调用过程的参数值。实参可以是变量名、数组名、常数或表达式。在过程调用传递参数时,形参与实参是按位置结合的,形参表和实参表中对应的变量名可以不必相同,但它们的数据类型、参数个数及位置必须一一对应。 等号、函数名称、括弧和参数,是函数的四个组成部分。 函数“=SUM(1,2,3)”,1、2和3就是SUM函数的参数,没有参数1、2、3,函数SUM 则无从求值。 函数“=VLOOKUP(2,A:C,3,)”,没有参数2、A:C和3,函数VLOOKUP如何在A:C 区域查找A列中是2那一行第3列的数值? 当然,也有不需要参数的函数,如“=PI()”、“=NOW()”、“TODAY()”等。 函数参数传递的原理C语言中参数的传递方式一般存在两种方式:一种是通过栈的形式传递,另一种是通过寄存器的方式传递的。这次,我们只是详细描述一下第一种参数传递方式,另外一种方式在这里不做详细介绍。 首先,我们看一下,下面一个简单的调用例程: int Add (int a,int b,int c) { return a+b+c; }

基于标准单元库扩展的快速乘法器设计

收稿日期:2011-09-20;修回日期:2011-11-04 基金项目:国家科技重大专项基金资助项目(2009ZX01030-001-002). 作者简介:曾宪恺(1987-),男,湖北孝感人,硕士,主要研究方向为超大规模集成电路设计自动化(zengxk@vlsi.zju.edu.cn );郑丹丹(1981-),女,博士,主要研究方向为超深亚微米集成电路SOC 设计;严晓浪(1947-),男,教授,主要研究方向为超大规模集成电路设计、VLSI 设计自动化;吕冬明(1981-),男,博士,主要研究方向为集成电路CAD 研究;葛海通(1972-),男,博士,主要研究方向为嵌入式系统设计. 基于标准单元库扩展的快速乘法器设计 * 曾宪恺,郑丹丹,严晓浪,吕冬明,葛海通 (浙江大学超大规模集成电路设计研究所,杭州310027) 摘 要:设计并实现17?17bit 带符号数字乘法器。为了提高乘法器的性能,采用改进的Booth 编码算法、 Wal-lace 树型结构以及基于标准单元库扩展的设计方法。该方法使用逻辑功效模型分析乘法器的关键路径,通过构造驱动能力更为完备的单元以实现关键路径中每一级门功效相等,从而得到最短路径延时。将TSMC 90nm 标准单元库扩展得到扩展单元库, 使用两个单元库版图分别实现数字乘法器,基于扩展单元库实现的乘法器速度提升10.87%。实验结果表明,基于标准单元库扩展的半定制设计方法可以有效提升电路的性能,这种方法尤其适用于电路负载过大的情况。 关键词:乘法器;标准单元库扩展;改进的Booth 编码算法;Wallace 树;逻辑功效中图分类号:TN47 文献标志码:A 文章编号:1001-3695(2012)05-1778-03 doi :10.3969/j.issn.1001-3695.2012.05.047 Design of high-speed multiplier based on standard cell library extension ZENG Xian-kai ,ZHENG Dan-dan ,YAN Xiao-lang ,LV Dong-ming ,GE Hai-tong (Institute of VLSI Design ,Zhejiang University ,Hangzhou 310027,China ) Abstract :This paper proposed a 17?17bit signed digital multiplier.To improve the performance ,the multiplier used modi-fied Booth ’s recoding algorithm ,a Wallace tree structure and design method based on standard cell library extension.It ana-lyzed critical path using logical effort model ,and by constructing cells with different driving capabilities , it implemented equal logical effort in each stage to achieve minimum path delay.Based on TSMC 90nm standard cell library , generated an extended cell library ,and implemented the layouts of multiplier respectively.Compared to standard cell library ,the multiplier imple-mented with extended cell library achieved a performance improvement of 10.87%.Experimental results show that the semi-custom design methodology based on standard cell library extension can improve circuit performance effectively ,which is espe-cially appropriate for designs with large loads. Key words :multiplier ;standard cell library extension ;modified Booth ’s recoding algorithm ;Wallace tree ;logical effort 0引言 乘法器是嵌入式CPU 的重要部件,其运算速度决定了逻 辑运算单元的工作频率,因此高性能乘法器的设计仍然被关注 [1,2] 。同时,市场的需求加速了产品的上市进程,从而要求 设计者尽量缩短设计时间。为了兼顾乘法器的性能和设计时间, 通常使用基于标准单元库的半定制设计方法。但该方法受限于库中标准单元有限的驱动能力,无法实现最短路径延时。为此,本文提出基于标准单元库扩展的乘法器设计方法,消除了传统方法因关键路径优化不足对乘法器性能的影响。基于TSMC 90nm 工艺标准单元库扩展,设计并实现了17?17bit 乘法器模块。该乘法器支持带符号二进制乘法运算, 最差情况下(工作电压0.9V ,温度125℃)工作频率为346MHz 。设计过程中,使用EDA 工具进行了速度优先的逻辑综合以及布局布线;在关键路径的处理中,采用了基于逻辑功效的优化方法。 1乘法器 二进制乘法器实现了二进制数的乘法运算,它将两个二进 制数X 和Y 作为输入,将乘法运算的积Z 作为输出。设被乘数为m 位,记为X m -1X m -2…X 0,乘数为n 位,记为Y n -1Y n -2…Y 0,则积为m +n 位,记为Z m +n -1Z m +n -2…Z 0。将m 位被乘数X 与n 位乘数Y 的每一位进行与运算,可以得到n 项位数为m 的部分积, 用加法器阵列将n 项部分积相加,得到积Z 。乘法器的具体实现分为部分积生成、部分积压缩、最终加法三个步骤。通常,使用与门来产生部分积,用加法器阵列对部分积压缩来构成阵列乘法器。这种架构算法简单,易于实现,并且能够实现规则的版图结构,但是由于部分积个数较多,压缩时间较长,无法得到快速的乘法器。使用改进的Booth 编码算法[3,4] 有效地减少了部分积的个数,使用Wallace 树型结 构 [5] 缩短部分积压缩的时间,其算法较复杂,并且版图结构不 规则, 但可以有效地提升乘法器的性能。第29卷第5期2012年5月计算机应用研究 Application Research of Computers Vol.29No.5May 2012

模拟乘法器及其应用

模拟乘法器及其应用

摘要 模拟乘法器是一种普遍应用的非线性模拟集成电路。模拟乘法器能实现两个互不相关的模拟信号间的相乘功能。它不仅应用于模拟运算方面,而且广泛地应用于无线电广播、电视、通信、测量仪表、医疗仪器以及控制系统,进行模拟信号的变换及处理。在高频电子线路中,振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程,均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件如二极管和三极管要简单的多,而且性能优越。 Analog multiplier is a kind of widely used nonlinear analog integrated multiplier can be achieved between two unrelated analog multiplication is not only applied in the simulation operation aspect, and widely used in radio, television, communications, measuring instruments, medical equipment and control system, the analog signal conversion and the high frequency electronic circuit, amplitude modulation, synchronous detection, mixing, frequency doubling, frequency, modulation and demodulation process, the same as can be seen as two signal multiplication or contain multiplication function is realized by using integrated analog multiplier than using discrete components such as diodes and transistors are much more simple, and superior performance.

16位乘法器芯片设计 3月9日

16位乘法器芯片设计 1.方法 乘法器的设计方法有两种:组合逻辑设计方法和时序逻辑设计方法。 采用组合逻辑设计方法,电路事先将所有的乘积项全部算出来,然后做加法运算。 采用时序逻辑设计方法,电路将部分已经得到的乘积结果右移,然后与乘积项相加并保存和值,反复迭代上述步骤直到计算出最终积。 2.组合逻辑的实现 可以以16*3位的乘法器为例做出如下设想: A为16位二进制乘数,B为3位二进制乘数,C为A与B相乘的积。则: C的结果实际上只能为如下值中的一个: 0,A,2A,3A,4A,5A,6A,7A 因为B为3位二进制,则B只能是000,001,010,011,100,101,110,111中的一个。 初步设想符合现实,由于要实现ASIC芯片的生产,所以对各端口定义如下: reset:芯片复位、清零信号。值为0,芯片复位。 start:芯片使能信号。值为1,芯片读入乘数和被乘数,并将乘积复位清零。 ain:被乘数,16bit。 bin:乘数,3bit。 yout:乘积输出,19bit。 done:芯片输出标志信号,值为1,乘法运算完成,yout端口的数据稳定,得到最终的乘积;值为0,乘法运算未完成,yout端口数据不稳定。 编写的Verilog程序如下: Module mult16(reset,start,ain,bin,done,yout); Parameter N=16; Input reset; Input start; Input [N-1:0] ain; Input [2:0]bin; Output [N+3:0] yout; Output done; Integer aa,ab,ac,temp; Integer su; Reg done; Always @(ain) Begin If(start&&!reset) Begin aa=ain; ab=ain+ain; ac=ab+ab;

定点原码两位乘法器的设计

沈阳航空航天大学 课程设计报告 课程设计名称:计算机组成原理课程设计 课程设计题目:定点原码二位乘法器的设计 目录 第1章总体设计方案 (1) 1.1设计原理 (1) 1.2设计思路 (3) 1.3设计环境 (5) 第2章功能模块的设计与实现 (6) 2.1总体的设计与实现 (6) 2.1.1总体方案的逻辑图 (6) 2.2基本功能模块的组成及工作原理 (8) 2.2.1被乘数模块的组成及工作原理 (8) 2.2.2乘数模块的组成及工作原理 (8) 2.2.3选择模块的组成及工作原理 (9) 2.2.4 移位模块的工作原理 (9)

第3章程序仿真与测试 (10) 3.1程序仿真 (10) 3.2仿真测试及结果分析 (10) 参考文献 (12) 附录(汇编程序) (13)

第1章总体设计方案 1.1 设计原理 定点原码两位乘与定点原码一位乘一样,符号位的运算和数值部分是分开进行的,但为了提高运算速度,所以采用了原码两位乘,因为原码两位乘是用乘数的末两位的状态来决定新的部分积如何形成,可提高运算速度。乘数和被乘数都用原码表示。 两位乘数有四种可能的组合,每种组合对应的操作如表1.1所示 表1.1 乘数组合与部分积关系对照表 乘数y n-1y n 新的部分积 00 新部分积等于原部分积右移两位 01 新部分积等于原部分积加被乘数后右移两位 10 新部分积等于原部分积加2倍被乘数后右移两位 11 新部分积等于原部分积加3倍被乘数后右移两位 与一位乘法比较,多出了+2X和3X两种情况。把X左移1位即得到2X,在机器内通常采用左斜送一位来实现。可是+3X一般不能一次完成,如分成两次进行,又降低了计算速度。解决问题的办法是:以(4X-X)来代替3X运算,在本次运算中只执行-X,而+4X则归并到下一步执行,此时部分积以右移了两位,上一步欠下的+4X已变成+X,在实际线路中要用一个触发器C来记录是否欠下+4X,若是,则C变为1。因此实际操作用Yi-1,Yi,C三位来控制,运算规则如下所示: 表1.2 判断值对应的操作以及C值的变化情况 组合值Yi-1 Yi C 操作C值变化 0 0 0 0 部分积+0;右移两位C=0 1 0 0 1 部分积+x;右移两位C=0 1 0 1 0 部分积+x;右移两位C=0 2 0 1 1 部分积+2x;右移两位C=0 2 1 0 0 部分积+2x;右移两位C=0

指针与参数传递

指针与参数传递 C语言规定所有参数均以“传值”的方式进行传递,被调函数获得的仅是实际参数的拷贝(这个拷贝值赋给形式参数)。因为这个特性, 函数可以放心使用这个拷贝值, 而不必担心修改了实际参数的值。 如果我们需要通过函数调用来改变程序中某些变量(本文只涉及自动型变量)的值, 通常有2个方法: 一是将函数的返回值赋给该变量;二是利用函数参数, 用该变量的地址(即指针)作为实际参数, 通过指针来间接访问该变量。本文讨论的是第二种方法。 程序1、2是在很多C教材中会见到的经典的例子,程序试图交换a、b 两个变量的值。 程序1 中的swap1 函数并不能交换实际参数a、b 的值。函数调用仅仅将a、b的值传递给了形式参数x、y。形参与实参占用的是不同的内存空间,swap1只是交换了形式参数x、y的值,对a、b 没有任何影响。 程序2中,函数swap2的两个形参是整型指针,函数调用时实际参数为a、b的地址,这两个地址将拷贝给形参x、y,这意味着x、y 是分别指向变量a、b的指针,对*x、*y的引用就是对a、b的引用,因此,函数swap2能成功交换主调函数中变量a、b的值。 很多初学者认为只要将参数改为指针就可以解决一切类似问题,其实不然。注意下面2个程序区别:

程序的意图是:在主函数中定义整型指针mp,通过调用fun 函数使mp指向malloc函数申请的能存储一个整型数据的空间,最后利用mp间接访问该空间,将整型数据1存入。 程序3是错误的,如图1所示,mp和形式参数fp都是指针变量,会分配到内存空间,mp定义了却没有初始化,它的存储内容是随机的(图中用“?”表示),调用fun函数仅仅将mp的值(即这个随机值)赋给fp, 但fp 的值立刻被malloc 函数修改为208(假设malloc 函数申请空间成功且对应内存首地址为208)。可见fun 函数并未对mp产生影响,mp仍然是随机值,它指向的是一块未知空间或者非法地址。若将程序在windows环境下的PC上运行, 通过指针mp对未知空间的间接访问操作(语句“ *mp=1”)会导致程序异常。 程序4 则能成功达到目的。注意,fun 函数的形参fp 不再是指向整型数据的指针而是指向整型指针的指针, 实际参数则是mp 的内存地址。从main函数第一句开始分析,如图2所示,mp被定义,为它分配空间(假设这个空间地址是100), 因未被初始化,这个空间的里的内容是随机的;接着,调用fun函数,fp分配到空间,生命期开始,通过参数值传递它的值为mp的地址100,fp就是指向mp的指针。fun函数调用后的结果如图3所示,malloc函数申请到的空间地址(假设为208)被赋给了*fp,即赋给了mp,mp的值变为208,此时mp就指向了能存储一个整型数据的空间。接下来 的语句“ *mp=1”则将整型数据1存入这个空间,如图4所示。

16位vhdl乘法器详解,加仿真图

控制模块: library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_arith.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity cont_modu is port( Clk : in std_logic ; Start : in std_logic; //数据输入开始信号 en_sig : out std_logic; //控制运算信号,为‘1’运算数据 out_sig : out std_logic // 运算完成信号 ); end entity; architecture rlt_cont_modu of cont_modu is signal cnt :integer range 0 to 15 :=0;//定义从0到15 type state is(S_idle,S_work,S_1d,S_2d);//运算状态信号,状态机 signal st_ty : state :=S_idle; begin process(Clk) begin if rising_edge(Clk) then case st_ty is选择语句;S_idle为空闲状态,当输入数据后Start信号为1就开始工作 when S_idle => if Start ='1' then如果为1就跳转到S_work状态,并且使能信号置1 st_ty <= S_work; en_sig <='1'; else不然继续在S_idle状态 st_ty <= S_idle; en_sig <='0'; end if; out_sig <='0'; when S_work => if cnt =15 then在S_work状态下,cnt信号一直加1,加满16个数就跳转到S_1d,然后使能信号en_sig 就为0。 st_ty <= S_1d; cnt <= 0; en_sig <='0'; else如果没到16个数继续加1 st_ty <= S_work;

流水线乘法器

流水线乘法器 一般的快速乘法器通常采用逐位并行的迭代阵列结构,将每个操作数的N位都并行地提交给乘法器。但是一般对于FPGA来讲,进位的速度快于加法的速度,这种阵列结构并不是最优的。所以可以采用多级流水线的形式,将相邻的两个部分乘积结果再加到最终的输出乘积上,即排成一个二叉树形式的结构,这样对于N位乘法器需要log2(N)级来实现。一个8位乘法器,如图所示。 module mux_4(mul_a,mul_b,mul_out,clk,rst_n); parameter MUL_WIDTH = 4; parameter MUL_RESULT = 8; input [MUL_WIDTH-1:0] mul_a; input [MUL_WIDTH-1:0] mul_b; input clk; input rst_n; output [MUL_RESULT-1:0] mul_out; reg [MUL_RESULT-1:0] mul_out; reg [MUL_RESULT-1:0] stored0; reg [MUL_RESULT-1:0] stored1; reg [MUL_RESULT-1:0] stored2; reg [MUL_RESULT-1:0] stored3; reg [MUL_RESULT-1:0] add01; reg [MUL_RESULT-1:0] add23; always @(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin mul_out <= 8'b0000_0000;

stored0 <= 8'b0000_0000; stored1 <= 8'b0000_0000; stored2 <= 8'b0000_0000; stored3 <= 8'b0000_0000; add01 <= 8'b0000_0000; add23 <= 8'b0000_0000;; end else begin stored3 <= mul_b[3] ? {1'b0,mul_a,3'b0} : 8'b0; stored2 <= mul_b[2] ? {2'b0,mul_a,2'b0} : 8'b0; stored1 <= mul_b[1] ? {3'b0,mul_a,1'b0} : 8'b0; stored0 <= mul_b[0] ? {4'b0,mul_a} : 8'b0; add01 <= stored1 + stored0; add23 <= stored3 + stored2; mul_out <= add01 + add23; end end endmodule

FPGA学习之内嵌乘法器调用(16)

上课的时候一直听老师说真正实践的时候你别想着要自己写一个乘法器,那样子做的孩子是笨蛋。 不管老师说得对不对,总之,既然FPGA内部有硬件乘法器那么为啥不直接使用呢,而且在写verilog使用是非常简单的,只是用个*号就轻易搞定。 只要所使用的FPGA内嵌有乘法器,则综合软件在综合的时候就会自动帮你调用乘法器实现。 下面是一段简单代码: module mult(outcome,a,b); input [7:0] a,b; output [15:0]outcome; assign outcome = a*b; endmodule 综合后RTL view为: 再查看综合报告,主要是看消耗了多少资源: 从上图可以清楚看出,逻辑单元几乎没有消耗,而看到Embedded Multipler 9-bit elements 使用了36个中的1个,意思说ep2c8q208c8这款FPGA有36个Embedded Multipler 9-bit elements 而这次设计使用了1个。这样一看,觉得资源消耗真的不多。

刚刚又写了一个关于RGB2YUV的代码,结果发现了一个蛮有趣的问题。先看这段代码: //==================================================== reg [17:0]yr, yg, yb; reg [19:0]y1; always @(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n)begin yr <= 18'd0; yg <= 18'd0; yb <= 18'd0; y1 <= 20'd0; end else begin yr <= 10'h132*r; yg <= 10'h259*g; yb <= 10'h074*b; y1 <= yr + yg + yb; end end 从代码可以看出这里出现了三个*号,本以为会调用三个内嵌的硬件乘法单元, 结果不是,在综合报告里面可以看出,调用的硬件乘法单元为0,这是为什么呢,然后我将上面两段代码做了一下比较,发现,下面这段是乘以常数的,而 上面的是乘以寄存器。为了证明这个变化会使得综合有所变化我做了一下改动,就是把乘以常数的某一句改成乘以寄存器:yg <= yr*g; 综合报告显示使用了两个硬件乘法单元,至于为什么是两个是因为yr的宽度超 出了9bits。 接下来再看看综合时候的一些信息: 想必大家都看得到lpm这三个字母,意思就是调用了altera自带的宏模块。 反正我们是不用自己写乘法器的,即使只是调用了宏模块,我相信宏模块有经 过优化的,而且可以加快我们的开发周期。 以上的看法也可以在RTL view里面得到验证。 得到的结论是:有常数作为输入的时候,tool是不会调用内嵌的硬件乘法器, 但是会调用tool自带的宏模块。而且做乘法的时候tool并不会帮你把代码优化 成移位操作。 当相乘的两个数都是reg的时候,tool会调用内嵌的乘法器。

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