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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。 |
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