20×18位符號(hào)定點(diǎn)乘法器的FPGA實(shí)現(xiàn)
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2 32位浮點(diǎn)乘法器的實(shí)現(xiàn)與仿真測(cè)試
該模塊仿真實(shí)現(xiàn)用Mentor Graphics公司的Model-Sim SE 6．0d仿真軟件，圖5列出本設(shè)計(jì)的：FPGA仿真結(jié)果。圖5中in1是被乘數(shù)20 b。in2是乘數(shù)18 b。reset是復(fù)位清零信號(hào)，低電平有效。booth_multiplier_out是用Booth編碼乘法器算出來的結(jié)果38 b。derect_multiplier_out是直接用乘號(hào)“×”得到的結(jié)果，也是18 b。兩者結(jié)果一致。round_out是舍入后的結(jié)果，20 b。eq是測(cè)試時(shí)加的一個(gè)1 b信號(hào)，如果booth_multiplier_out和derect_multiplier_out相等為1，否則為0。
由于在測(cè)試時(shí)，將輸入和輸出都用寄存器鎖存了一個(gè)時(shí)種clk，最后輸出結(jié)果延了2個(gè)時(shí)種clk，在圖5中，第一個(gè)時(shí)種clk，輸入乘數(shù)和被乘數(shù)分別為126 999，68 850；輸出結(jié)果為第3個(gè)時(shí)種clk的8 743 881 150。因?yàn)?26 999×68 850=8 743 881 150，故結(jié)果正確。在測(cè)試時(shí)，因?qū)嶋H數(shù)據(jù)量比較大，in1從-219～219-1，ModelSim SE 6．0d仿真軟件需要運(yùn)行大概1 min，若in1從-219～219-1，in2從-217～217-1大概需要時(shí)間T=218min=4 369 h=182 day，因此在PC機(jī)上不能全測(cè)，故在寫testbench時(shí)，用random函數(shù)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)測(cè)試，該乘法器用ModelSim仿真軟件運(yùn)行12 h，eq信號(hào)始終為1，即乘法器算出的結(jié)果與直接乘的結(jié)果一致，認(rèn)為該方法完全可行。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/192021.htm
3 性能比較與創(chuàng)新
該模塊用Synplify Pro8．1綜合，用XilinxISE 7．1i實(shí)現(xiàn)布局布線。在Xilinx ISE中ImplementDesign下Map報(bào)告系統(tǒng)占用資源如表2所示。
而靜態(tài)時(shí)序分析報(bào)告顯示速度和延時(shí)分別為62．805 MHz，15．922 ns。
該設(shè)計(jì)采用高壓縮率的4―2壓縮算法，壓縮率為50％，而一般的3-2壓縮壓縮率為33％，并且采用先進(jìn)的集成電路制造工藝，使用SMIC公司O．18μm的標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)，因此在提高了速度的同時(shí)，能減少器件，該乘法器能在1個(gè)時(shí)鐘內(nèi)完成，不像采用流水線結(jié)構(gòu)，雖然可以提高速度到105．38 MHz，但需3個(gè)時(shí)鐘，需要大量鎖存器，從而在增加器件的同時(shí)增加功耗，而且完成一次乘法運(yùn)算時(shí)間要24．30 ns。因國(guó)內(nèi)集成電路制造起步晚，目前中國(guó)80％的集成電路設(shè)計(jì)公司還在采用0．35／μm及以下工藝，國(guó)內(nèi)同類乘法器，采用上華0．5 μm的標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)，完成1次乘法運(yùn)算時(shí)間接近30 ns，邏輯單元是1 914個(gè)。但該設(shè)計(jì)完成1次乘法運(yùn)算時(shí)間僅15．922 ns，器件只有494個(gè)Slices，性能明顯提高。
4 結(jié) 語
給出了20×18位符號(hào)定點(diǎn)乘法器的設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)采用了Verilog HDL語言進(jìn)行結(jié)構(gòu)描述，采用的器件是xc2vp70-6ff1517。該設(shè)計(jì)采用基4 Booth編碼，4-2壓縮，以及采用SMIC0．18μm標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)，使得該乘法器面積降低的同時(shí)，延時(shí)也得到了減小，做到芯片性能和設(shè)計(jì)復(fù)雜度之間的良好折中，該設(shè)計(jì)應(yīng)用于中國(guó)地面數(shù)字電視廣播(DTMB)ASIC中3 780點(diǎn)FFT單元的20×18位符號(hào)定點(diǎn)乘法器，在60 MHz時(shí)工作良好，達(dá)到了預(yù)定的性能要求，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
評(píng)論