FPGA与DSP协同处理系统设计之：典型实例-FPGA片上硬件乘法器的使用

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        11.5  典型实例20：FPGA片上硬件乘法器的使用

        11.5.1  实例的内容及目标

        1．实例的主要内容

        在FPGA+DSP系统设计系统中，FPGA经常作为DSP的协处理器来辅助完成一些计算任务。而这些计算工作中最消耗时间的就是乘法运算，因此本实例的主要内容就是帮助读者学会调用硬件乘法IP核。
         
        2．实例目标

        通过本实例，读者应达到以下目标。
        ·  了解硬件乘法器对算法的加速作用。
        ·  掌握FPGA片上硬件乘法器IP的调用方法。
         
        11.5.2  硬件乘法IP的使用方法

        1．生成硬件乘法器

        如图11.12所示，在“New Source”里面选择“IP（CoreGen & Architecture Wizard）”，在右边的文件名里面输入“multiply”，单击“Next”按钮，打开如图11.13所示的IP核类型选择对话框。

       

        图11.12   新建IP核文件

       

        图11.13  新建乘法器IP核

         
        在IP核类型选择界面里面选择Math Functions→Multipliers→Multiplier v7.0，单击“Next”按钮，打开乘法器IP核生成向导，如图11.14所示。

       

        图11.14  乘法器生成向导

        在上面对话框里，“Component Name”是要生成的模块的名称。“Parallel”和“Sequential”两个选项是用来选择乘法器模式的，选择并行结构可以加快乘法器的速度，但是同时要多占用一些资源。选择“Constant”选项我们会发现乘法器的B输入端口被屏蔽掉了，这时B将作为一个固定输入。
         
        如果不选择“Constant”选项，可以在下面的乘法器结构框里面选择乘法器使用的资源种类，选择“Use LUTs”将使用片上存储器资源，选择“Use 18*18 Multiplier Blocks”将使用FPGA自带的DSP模块。“Virtex-II Multiplier Optimization”框里面的选项只有在使用Virtex-II族器件的时候才能使用。
         
        前面选择了Constant选项，在这个对话框里面就要对乘法器的B输入进行设置，在Constant Value后面输入B端口输入的数值（十进制），如图11.15所示。
         
        在如图11.16所示的对话框里面设置输入口A的位宽和形式。
        在如图11.17所示的对话框里面设置输出口的位宽和是否使用寄存器（使用输出寄存器的时候由Q口输出，不使用输出寄存器的时候由O口输出）。
         
        在如图11.18所示的对话框里面选择“Minimum Pipelining”可以看见在最下面的“Information”框里面的输出延迟达到最小为1。在“Register Option”栏里面可以设置同步复位，异步复位和时钟使能。

       

        图11.15  设置端口B参数

       

        图11.16  设置端口A参数

       

        图11.17  设置输出端口

       

        图11.18  其他参数设置

         

        配置完成以后单击“Generate”按钮就可以生成乘法器了。
         
        2．使用硬件乘法器

        本实例以一个IIR数字滤波的设计为例来演示硬件乘法器的使用方法。直接打开实例的工程文件，如图11.19所示。其中IIR.v是IIR滤波器的设计文件，test.tbw为测试文件。

       

        图11.19  IIR数字滤波器工程目录

         

        在IIR.v的文件中，可以看到硬件乘法器的调用方法。
         
              reg      [12:0 ]        x1,x2,x3      ;     // 定义乘数 a
              reg      [12:0 ]        y1,y2,y3            ;
              reg      [12:0 ]        q1,q2,q3            ;
         
        wire     [25:0 ]        mul         [10:1 ]  ;    // 定义乘法的输出结果
        multiply m0（.clk（clk）,.a（x1）,.o（mul[1]））;// 乘法器的调用，输入为a，输出为o
        multiply m1 （ .clk（clk）,.a（x2）,.o（mul[2] ） ）;
        multiply m2 （ .clk（clk）,.a（x3）,.o（mul[3] ） ）;
        multiply m3 （ .clk（clk）,.a（y1）,.o（mul[4] ） ）;
        multiply m4 （ .clk（clk）,.a（y2）,.o（mul[5] ） ）;
        multiply m5 （ .clk（clk）,.a（y1）,.o（mul[6] ） ）;
        multiply m6 （ .clk（clk）,.a（y2）,.o（mul[7] ） ）;
        multiply m7 （ .clk（clk）,.a（y3）,.o（mul[8] ） ）;
        multiply m8 （ .clk（clk）,.a（q1）,.o（mul[9] ） ）;
        multiply m9 （ .clk（clk）,.a（q2）,.o（mul[10]） ）;
         
        运行仿真后，可以得到输出结果如图11.20所示。

       

        图11.20  IIR数字滤波器仿真结果

         
        11.5.3  小结

        本节对生成和使用FPGA的片上硬件乘法器IP核的方法做了介绍，并通过编译下载在红色飓风的开发板上实现了预定功能。