乘法器电路的设计

9.2乘法器设计应用数字信号处理和数字通信地位影响系统的运行速度实现并行乘法器移位相加乘法器查找表乘法器加法树乘法器9.2.1并行乘法器结构用乘法运算符描述由EDA软件综合优点运算速度快缺点耗用资源多【例9.4】8位并行乘法器modulemult(outcome,a,b);parametersize=8;input[size:1]a,b;//源操作数output[2*size:1]outcome;//乘积assignoutcome=a*b;//相乘endmodule8位并行乘法器RTL图9.2.2移位相加乘法器结构移位寄存器加法器优点耗用资源少【例9.16】8位二进制数的乘法modulemult_for(outcome,a,b);parametersize=8;input[size:1]a,b;output[2*size:1]outcome;reg[2*size:1]outcome;integeri;always@(aorb)beginoutcome=4’h0;for(i=1;i=size;i=i+1)if(b[i])outcome=outcome+(a(i-1));endendmodule乘法器的功能仿真波形图9.2.3查找表乘法器结构操作数：地址乘积：存储器优点运算速度快缺点耗用存储资源多设计思路4位查找表乘法器Y=A×BA=A1×22+A2B=B1×22+B2则Y=(A1×22+A2)×(B1×22+B2)=A1×B1×24+A1×B2×22+A2×B1×22+A2×B28位查找表乘法器Y=A×BA=A1×24+A2B=B1×24+B2则Y=(A1×24+A2)×(B1×24+B2)=A1×B1×28+A1×B2×24+A2×B1×24+A2×B2【例9.5】8×8查找表乘法器/**********2×2查找表乘法器*********/modulelookup(out,a,b,clk);output[3:0]out;//乘积input[1:0]a,b;//操作数inputclk;reg[3:0]out;reg[3:0]address;//存储器地址always@(posedgeclk)beginaddress={a,b};case(address)4'h0:out=4'b0000;4'h1:out=4'b0000;4'h2:out=4'b0000;4'h3:out=4'b0000;4'h4:out=4'b0000;4'h5:out=4'b0001;4'h6:out=4'b0010;4'h7:out=4'b009;4'h8:out=4'b0000;4'h9:out=4'b0010;4'ha:out=4'b0100;4'hb:out=4'b090;4'hc:out=4'b0000;4'hd:out=4'b009;4'he:out=4'b090;4'hf:out=4'b1001;default:out=4'bx;endcaseendendmodule/***************4×4查找表乘法器****************/modulemult4x4(out,a,b,clk);output[7:0]out;//乘积input[3:0]a,b;//操作数inputclk;reg[7:0]out;reg[1:0]firsta,firstb;//操作数高2位reg[1:0]seconda,secondb;//操作数低2位wire[3:0]outa,outb,outc,outd;//乘积每2位1组always@(posedgeclk)beginfirsta=a[3:2];seconda=a[1:0];firstb=b[3:2];secondb=b[1:0];endlookupm1(outa,firsta,firstb,clk),//元件调用m2(outb,firsta,secondb,clk),m3(outc,seconda,firstb,clk),m4(outd,seconda,secondb,clk);always@(posedgeclk)beginout=(outa4)+(outb2)//乘积+(outc2)+outd;endendmodule4位查找表乘法器仿真波形图/***************8×8查找表乘法器****************/modulemult8x8(out,a,b,clk);output[15:0]out;//乘积input[7:0]a,b;//操作数inputclk;reg[15:0]out;reg[3:0]firsta,firstb;//操作数高4位reg[3:0]seconda,secondb;//操作数低4位wire[7:0]outa,outb,outc,outd;//乘积每8位1组always@(posedgeclk)beginfirsta=a[7:4];seconda=a[3:0];firstb=b[7:4];secondb=b[3:0];endmult4x4n1(outa,firsta,firstb,clk),//元件调用n2(outb,firsta,secondb,clk),n3(outc,seconda,firstb,clk),n4(outd,seconda,secondb,clk);always@(posedgeclk)beginout=(outa8)+(outb4)//乘积+(outc4)+outd;endendmodule8位查找表乘法器仿真波形图9.2.4加法树乘法器结构底层：乘法器高层：多级加法器优点1个时钟周期完成加法树乘法器结构框图8×1乘法器a×128b78×1乘法器a×64b6加法器8×1乘法器a×32b58×1乘法器a×16b4加法器8×1乘法器a×8b38×1乘法器a×4b2加法器8×1乘法器a×2b18×1乘法器ab0加法器加法器加法器加法器y=a×b【例9.6】8位加法树乘法器moduleadd_tree(out,a,b,clk);output[15:0]out;//乘积input[7:0]a,b;//操作数inputclk;wire[15:0]out;wire[15:0]out1,c1;//加法器和wire[13:0]out2;wire[11:0]out3,c2;wire[9:0]out4;reg[14:0]temp0;//最高位乘积reg[13:0]temp1;reg[12:0]temp2;reg[11:0]temp3;reg[10:0]temp4;reg[9:0]temp5;reg[8:0]temp6;reg[7:0]temp7;//最低位乘积/**********************8×1乘法器**********************/function[7:0]mult8x1;input[7:0]operand;inputsel;beginmult8x1=(sel)?(operand):8'b00000000;endendfunction/*******操作数b各位与操作数a相乘*******/always@(posedgeclk)begintemp7=mult8x1(a,b[0]);temp6=(mult8x1(a,b[1]))1;temp5=(mult8x1(a,b[2]))2;temp4=(mult8x1(a,b[3]))3;temp3=(mult8x1(a,b[4]))4;temp2=(mult8x1(a,b[5]))5;temp1=(mult8x1(a,b[6]))6;temp0=(mult8x1(a,b[7]))7;end/**********加法器树运算*********/assignout1=temp0+temp1;assignout2=temp2+temp3;assignout3=temp4+temp5;assignout4=temp6+temp7;assignc1=out1+out2;assignc2=out3+out4;assignout=c1+c2;endmodule8位加法树乘法器仿真波形图四种乘法器的比较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）52.774.718.366.29.3乘累加器（MAC）的设计【例9.30】乘累加器（MAC）moduleMAC(out,opa,opb,clk,clr);output[15:0]out;input[7:0]opa,opb;inputclk,clr;wire[15:0]sum;reg[15:0]out;function[15:0]mult;input[7:0]opa,opb;reg[15:0]result;integeri;beginresult=opa[0]?opb:0;for(i=1;i=7;i=i+1)beginif(opa[i]==1)result=result+(opb(i-1));endmult=result;endendfunctionassignsum=mult(opa,opb)+out;always@(posedgeclkorposedgeclr)beginif(clr)out=0;elseout=sum;endendmodule