FPGA與DSP協(xié)同處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)之：典型實(shí)例-FPGA片上硬件乘法器的使用

11.5典型實(shí)例20：FPGA片上硬件乘法器的使用

11.5.1實(shí)例的內(nèi)容及目標(biāo)

1．實(shí)例的主要內(nèi)容

在FPGA+DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，FPGA經(jīng)常作為DSP的協(xié)處理器來(lái)輔助完成一些計(jì)算任務(wù)。而這些計(jì)算工作中最消耗時(shí)間的就是乘法運(yùn)算，因此本實(shí)例的主要內(nèi)容就是幫助讀者學(xué)會(huì)調(diào)用硬件乘法IP核。

2．實(shí)例目標(biāo)

通過(guò)本實(shí)例，讀者應(yīng)達(dá)到以下目標(biāo)。

·了解硬件乘法器對(duì)算法的加速作用。

·掌握FPGA片上硬件乘法器IP的調(diào)用方法。

11.5.2硬件乘法IP的使用方法

1．生成硬件乘法器

如圖11.12所示，在“NewSource”里面選擇“IP（CoreGenArchitectureWizard）”，在右邊的文件名里面輸入“multiply”，單擊“Next”按鈕，打開(kāi)如圖11.13所示的IP核類(lèi)型選擇對(duì)話框。

圖11.12新建IP核文件

圖11.13新建乘法器IP核

在IP核類(lèi)型選擇界面里面選擇MathFunctions→Multipliers→Multiplierv7.0，單擊“Next”按鈕，打開(kāi)乘法器IP核生成向?qū)В鐖D11.14所示。

圖11.14乘法器生成向?qū)?/p>

在上面對(duì)話框里，“ComponentName”是要生成的模塊的名稱(chēng)。“Parallel”和“Sequential”兩個(gè)選項(xiàng)是用來(lái)選擇乘法器模式的，選擇并行結(jié)構(gòu)可以加快乘法器的速度，但是同時(shí)要多占用一些資源。選擇“Constant”選項(xiàng)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)乘法器的B輸入端口被屏蔽掉了，這時(shí)B將作為一個(gè)固定輸入。

如果不選擇“Constant”選項(xiàng)，可以在下面的乘法器結(jié)構(gòu)框里面選擇乘法器使用的資源種類(lèi)，選擇“UseLUTs”將使用片上存儲(chǔ)器資源，選擇“Use18*18MultiplierBlocks”將使用FPGA自帶的DSP模塊。“Virtex-IIMultiplierOptimization”框里面的選項(xiàng)只有在使用Virtex-II族器件的時(shí)候才能使用。

前面選擇了Constant選項(xiàng)，在這個(gè)對(duì)話框里面就要對(duì)乘法器的B輸入進(jìn)行設(shè)置，在ConstantValue后面輸入B端口輸入的數(shù)值（十進(jìn)制），如圖11.15所示。

在如圖11.16所示的對(duì)話框里面設(shè)置輸入口A的位寬和形式。

在如圖11.17所示的對(duì)話框里面設(shè)置輸出口的位寬和是否使用寄存器（使用輸出寄存器的時(shí)候由Q口輸出，不使用輸出寄存器的時(shí)候由O口輸出）。

在如圖11.18所示的對(duì)話框里面選擇“MinimumPipelining”可以看見(jiàn)在最下面的“Information”框里面的輸出延遲達(dá)到最小為1。在“RegisterOption”欄里面可以設(shè)置同步復(fù)位，異步復(fù)位和時(shí)鐘使能。

圖11.15設(shè)置端口B參數(shù)

圖11.16設(shè)置端口A參數(shù)

圖11.17設(shè)置輸出端口

圖11.18其他參數(shù)設(shè)置

配置完成以后單擊“Generate”按鈕就可以生成乘法器了。

2．使用硬件乘法器

本實(shí)例以一個(gè)IIR數(shù)字濾波的設(shè)計(jì)為例來(lái)演示硬件乘法器的使用方法。直接打開(kāi)實(shí)例的工程文件，如圖11.19所示。其中IIR.v是IIR濾波器的設(shè)計(jì)文件，test.tbw為測(cè)試文件。

圖11.19IIR數(shù)字濾波器工程目錄

在IIR.v的文件中，可以看到硬件乘法器的調(diào)用方法。

reg[12:0]x1,x2,x3;//定義乘數(shù)a

reg[12:0]y1,y2,y3;

reg[12:0]q1,q2,q3;

wire[25:0]mul[10:1];//定義乘法的輸出結(jié)果

multiplym0（.clk（clk）,.a（x1）,.o（mul[1]））;//乘法器的調(diào)用，輸入為a，輸出為o

multiplym1（.clk（clk）,.a（x2）,.o（mul[2]））;

multiplym2（.clk（clk）,.a（x3）,.o（mul[3]））;

multiplym3（.clk（clk）,.a（y1）,.o（mul[4]））;

multiplym4（.clk（clk）,.a（y2）,.o（mul[5]））;

multiplym5（.clk（clk）,.a（y1）,.o（mul[6]））;

multiplym6（.clk（clk）,.a（y2）,.o（mul[7]））;

multiplym7（.clk（clk）,.a（y3）,.o（mul[8]））;

multiplym8（.clk（clk）,.a（q1）,.o（mul[9]））;

multiplym9（.clk（clk）,.a（q2）,.o（mul[10]））;

運(yùn)行仿真后，可以得到輸出結(jié)果如圖11.20所示。

圖11.20IIR數(shù)字濾波器仿真結(jié)果

11.5.3小結(jié)

本節(jié)對(duì)生成和使用FPGA的片上硬件乘法器IP核的方法做了介紹，并通過(guò)編譯下載在紅色颶風(fēng)的開(kāi)發(fā)板上實(shí)現(xiàn)了預(yù)定功能。