移位相加位硬件乘法器电路设计

电子技术课程设计

----移位相加8位硬件乘法器电路计

学院: 华科学院

专业: 通信工程

班级:通信052201H

姓名: 张茹

学号:2

指导教师:柴婷婷

2007年12月30日

一，设计任务与要求--------------------（3）1，内容

2，要求

二，总体框图---------------------------（3）1，电路的总体框图

2，框图的说明

3，设计思路

4，方案设计

三，选择器件与功能模块-----------------（5）1，选择器件各功能模块及功能说明

四，功能模块----------------------------（8）1，ADDER8B的模块

2，ANDARITH的模块

3，ARICTL的模块

4，REG16B的模块

5，SREG8B的模块

五，总体设计电路图----------------------（14）1，总体原理图

2，仿真波形图

3，管脚分配图

4，硬件验证情况

六，心得体会--------------------------------------（18）

移位相加8位硬件乘法器

一.设计任务与要求

1．内容: 由8位加法器构成的以时序逻辑方式设计的8位乘法器乘法通过逐向移位加原理来实现，从被乘数的最低位开始，若为1，则乘数左移与

上一次和相加；若为0，左移后以全零相加，直至被乘数的最高位。2．要求: (1) 重点掌握VHDL设计电路模块

(2)在掌握8位加法器设计的基础上，进一步掌握8×8位乘法器的设计；

(3)进一步学习开发系统，掌握MAX+PLUS II的设计流程。

二．总体框图

（电路的总体框图）

1，说明:此电路由五部分组成

2，它们分别是控制器，锁存器，寄存器，乘法器，加法器。

1控制器是一个乘法器的控制模块，用来接受实验系统上的连续脉冲。

2锁存器起锁存的作用，它可以锁存8位乘数。

3移位寄存器起移位的作用，便于被乘数可以逐位移出。

4乘法器功能类似一个特殊的与非门。

5加法器用于8位乘数和高8位相加。

2，设计思路：

纯组合逻辑构成的乘法器虽然工作速度比较快，但过于占用硬件资源，难以实现宽位乘法器，基于PLD器件外接ROM九九表的乘法器则无法构成单片系统，也不实用。这里介绍由八位加法器构成的以时序逻辑方式设计的八位乘法器，具有一定的实用价值，而且由FPGA构成实验系统后，可以很容易的用ASIC大型集成芯片来完成，性价比高，可操作性强。其乘法原理是：乘法通过逐项移位相加原理来实现，从被乘数的最低位开始，若为1，则乘数左移后与上一次的和相加；若

为0，左移后以全零相加，直至被乘数的最高位。

3，方案设计：

此设计是由八位加法器构成的以时序逻辑方式设计的八位乘法器，它的核心器件是八加法器，所以关键是设计好八位加法器

方案一：八位直接宽位加法器，它的速度较快，但十分耗费硬件资源，对于工业化设计是不合理的

方案二：由两个四位加法器组合八位加法器，其中四位加法器是四位二进制并行

加法器它的原理简单，资源利用率和进位速度方面都比较好。综合各方面的考

虑，决定采用方案二。

2 三，选择器件与功能模块

1，选择器件

SREG8B(移位寄存器)；

REG16B(16位琐存器)；

ARICTL（运算控制器）；

ANDARITH(1位乘法器)；

ADDER8B（8位加法器）；

数码管（显示结果）。

（1）SREG8B的模块图

SREG8B是一个移位寄存器，SREG8B有三个输入端，分别是clk,load,din[7..0]。其中clk为时钟信号。一个输出端，它是qb。

（2）REG16B的模块图

REG16B是一个16位锁存器，REG16B有三个输入端，它们分别是

clk,clr,d[8..0].

其中clk为时钟信号。有一个输出端，它是q[15..0].

（3）ARICTL的模块图

ARICTL是乘法器的控制模块，ARICTL有两个输入端，它们分别是clk,start。有三个输入端，它们分别是clkout,rstall,ariend。

(4)ANDARITH的模块图

ANDARITH是一个一位乘法器，ANDARITH有两个输入端。它们分别是abin,din[7..0]。有一个输出端，它是dout[7..0]。

（5）ADDER8B的模块图

ADDER8B是一个8位加法器，ADDER8B有三个输入端，它们分别是

cin,a[7..0],b[7..0]。其中a[7..0]为被乘数；b[7..0]为乘数。有两个输出端，它们分别是s[7..0],cout。

四，功能模块

（1）ADDER8B模块设计

ADDER8B的模块图

ADDER8B（8位加法器）的模块

ADDER8B的波形图

ADDER8B模块的功能：ADDER8B是一个8位加法器。有三个输入端（CIN,A[7..0],B[7..0]）,其中A[7..0]是被乘数.B[7..0]是乘数。ADDER8B起到使两个数相加的作用；即在加法的基础上才能相乘。所以8位加法器是一个必不可少的模块。

(2) ANDARITH模块设计

ANDARITH的模块图

ANDARITH(乘法器)的模块

ANDARITH的波形图

ANDARITH模块的功能：ANDARITH是一个1位乘法器。有两个输入端

（ABIN,DIN[7.0]）.有一个输出端.DOUT[7..0]。ANDARITH起乘法的作用。它类

似于一个特殊的与门。即当ABIN为‘1’时，DOUT直接输出DIN,而当ABIN为‘0’时，DOUT输出“”。

(3)ARICTL模块设计

ARICTL的模块图

ARICTL（控制器）的模块

电子硬件工程师要求

电子硬件工程师要求基于实际经验与实际项目详细理解并掌握成为合格的硬件工程师的最基本...基本上就可以成为一个合格的电子工程师:第一部分:硬件知识一、数字信... 基于实际经验与实际项目详细理解并掌握成为合格的硬件工程师的最基本知识。 1）基本设计规范 2）CPU基本知识、架构、性能及选型指导 3）MOTOROLA公司的PowerPC系列基本知识、性能详解及选型指导 4）网络处理器(INTEL、MOTOROLA、IBM)的基本知识、架构、性能及选型 5）常用总线的基本知识、性能详解 6）各种存储器的详细性能介绍、设计要点及选型 7）Datacom、Telecom领域常用物理层接口芯片基本知识，性能、设计要点及选型 8）常用器件选型要点与精华 9）FPGA、CPLD、EPLD的详细性能介绍、设计要点及选型指导 10）VHDL和Verilog HDL介绍 11）网络基础 12）国内大型通信设备公司硬件研究开发流程最流行的EDA工具指导熟练掌握并使用业界最新、最流行的专业设计工具 1）Innoveda公司的ViewDraw，Power PCB，Cam350 2）CADENCE公司的OrCad，Allegro，Spectra 3）Altera公司的MAX+PLUS II 4）学习熟练使用VIEWDRAW、ORCAD、POWERPCB、SPECCTRA、ALLEGRO、CAM350、MAX+PLUS II、ISE、FOUNDATION等工具 5）XILINX公司的FOUNDATION、ISE 一．硬件总体设计掌握硬件总体设计所必须具备的硬件设计经验与设计思路 1）产品需求分析 2）开发可行性分析 3）系统方案调研 4）总体架构，CPU选型，总线类型 5）数据通信与电信领域主流CPU：M68k系列，PowerPC860,PowerPC8240,8260体系结构，性能及对比6）总体硬件结构设计及应注意的问题 7）通信接口类型选择 8）任务分解 9）最小系统设计 10）PCI总线知识与规范 11）如何在总体设计阶段避免出现致命性错误 12）如何合理地进行任务分解以达到事半功倍的效果 13）项目案例：中、低端路由器等二．硬件原理图设计技术目的：通过具体的项目案例，详细进行原理图设计全部经验，设计要点与精髓揭密。 1）电信与数据通信领域主流CPU（M68k,PowerPC860,8240,8260等）的原理设计经验与精华；

乘法器

课程设计任务书题目基于FPGA的6*6串行乘法器设计起讫日期学生姓名专业班级通信工程所在院系电气信息学院指导教师职称所在单位通信工程教研室

任务及要求： 1.设计内容和要求（包括设计内容、主要指标与技术参数）设计内容：设计一个6*6串行乘法器设计要求： (1)设计语言为Verilog，仿真软件为ISE自带仿真软件iSIM； (2)该设计不要求下载到硬件开发板上，只需给出仿真波形图，但要求能够从波形图中看出实现了乘法运算 2.原始依据本设计要求学生应用Xilinx FPGA设计一个6*6串行乘法器，通过设计能够让学生进一步掌握FPGA的基本开发流程，同时提高时序设计能力，学生已学习过EDA课程，掌握硬件描述语言基本知识，通过本次设计可进一步提高学生的动手能力，加强理论联系实际的能力。 3.进度计划 3.4-3.8 查阅相关资料，掌握FPGA基本知识。 3.11-3.15 应用Verilog语言进行程序开发，设计调试。 3.18-3.22 调试验收，撰写专业课程实践训练报告。 4.参考文献 [1] 夏宇闻. Verilog数字系统设计教程[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2008. [2] Snair Palnitkar(美). VerilogHDL数字设计与综合. 夏宇闻等译.（第二版）[M]. 北京:电子工业出版社，2009. [3] Xilinx. UG230 [Z/OL]. https://www.360docs.net/doc/3c2600932.html, 指导教师签字：教研室主任签字：

目录摘要： (4) 关键词 (4) 一：FPGA (4) 1.1名称 (4) 1.2背景 (4) 1.3工作原理 (4) 1.4芯片结构 (5) 二：Verilog HDL (5) 2.1verilog hdl名称 (5) 2.2verilog hdl用途 (5) 2.3 Ve r i l o g硬件描述语言的主要能力 (6) 三：Spartan3E (7) 四：乘法器 (8) 4.1什么是乘法器 (8) 4.2实现乘法器的方法 (8) 4.3 6*6串行乘法器的设计思路 (9) 4.4 6*6乘法器程序代码 (9) 4.5 6*6乘法器设计仿真图 (11) 4.6结果分析 (12) 四：总结 (12) 参考文献 (12)

移位相加8位乘法器的设计

EDA技术课程大作业设计题目：移位相加8位乘法器的设计院系：电子信息与电气工程学院学生姓名：学号：200902070017 专业班级：09电子信息工程专升本 2010年12月3日

移位相加8位乘法器的设计 1.设计背景和设计方案 1.1设计背景 EDA技术（即Electronic Design Automation技术）就是依赖强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL（Hardware Ddscription Langurage）为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、布局布线以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。它在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术、IC版图设计、ASIC 测试和封装、FPGA(Gield Peogrammable Gate Array)/CPLD(Complex Programmable Logic Device)编程下载和自动测试等技术；在计算机辅助工程方面融合了计算机辅助设计(CAD)，计算机辅助制造（CAM），计算机辅助测试（CAT），计算机辅助工程（CAE）技术以及多种计算机语言的设计概念；而在现代电子学方面则容纳了更多的内容，如电子线路设计理论、数字信号处理技术、数字系统建模和优化技术及长线技术理论等。本文介绍设计一个两个5位数相乘的乘法器。用发光二极管显示输入数值，用7段显示器显示十进制结果。乘数和被乘数分两次输入。在输入乘数和被乘数时，要求显示十进制输入数据。输入显示和计算结果显示，采用分时显示方式进行，可参见计算器的显示功能 1.2设计方案此设计是由八位加法器构成的以时序逻辑方式设计的八位乘法器，它的核心器件是八位加法器，所以关键是设计好八位加法器。方案一：八位直接宽位加法器，它的速度较快，但十分耗费硬件资源，对于工业化设计是不合理的。方案二：由两个四位加法器组合八位加法器，其中四位加法器是四位二进制并行加法器，它的原理简单，资源利用率和进位速度方面都比较好。综合各方面的考虑，决定采用方案二。该乘法器是由8位加法器构成的以时序方式设计的8位乘法器。其乘法原理是乘法通过逐项移位相加原理来实现，从被乘数的最低位开始，若为1，则乘数左移后与上一次的和相加；若为0，左移后以全零相加，直至被乘数的最高位。从

数字电路设计实例

数字电路综合设计案例 8.1 十字路口交通管理器一、要求设计一个十字路口交通管理器，该管理器自动控制十字路口两组红、黄、绿三色交通灯，指挥各种车辆和行人安全通过。二、技术指标 1、交通管理器应能有效操纵路口两组红、黄、绿灯，使两条交叉道路上的车辆交替通行，每次通行时间按需要和实际情况设定。 2、在某条道路上有老人、孩子或者残疾人需要横穿马路时，他们可以举旗示意，执勤人员按动路口设置的开关，交通管理器接受信号，在路口的通行方向发生转换时，响应上述请求信号，让人们横穿马路，这条道上的车辆禁止通行，即管理这条道路的红灯亮。 3、横穿马路的请求结束后，管理器使道口交通恢复交替通行的正常状态。三、设计原理和过程：本课题采用自上而下的方法进行设计。 1．确定交通管理器逻辑功能 ⑴、十字路口每条道路各有一组红、黄、绿灯，用以指挥车辆和行人有序地通行。其中红灯亮表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示停车；绿灯亮表示通行。因此，十字路口车辆运行情况有以下几种可能： ①甲道通行，乙道禁止通行； ②甲道停车线以外的车辆禁止通行（必须停车），乙道仍然禁止通行，以便让甲道停车线以内的车辆安全通过； ③甲道禁止通行，乙道通行； ④甲道仍然不通行，乙道停车线以外的车辆必须停车，停车线以内的车辆顺利通行。 ⑵、每条道路的通车时间（也可看作禁止通行时间）为30秒~2分钟，可视需要和实际情况调整，而每条道路的停车时间即黄灯亮的时间为5秒~10秒，且也可调整。 ⑶、响应老人、孩子或残疾人特殊请求信号时，必须在一次通行—禁止情况完毕后，阻止要求横穿的那条马路上车辆的通行。换句话说，使另一条道路增加若干通行时间。设S1和S2分别为请求横穿甲道和乙道的手控开关，那么，响应S1或S2的时间必定在甲道通乙道禁止或甲道禁止乙道通两种情况结束时，且不必过黄灯的转换。这种规定是为了简化设计。由上述逻辑功能，画出交通管理器的示意图如图8-1所示，它的简单逻辑流程图如图8-2所示。示意图中甲道的红、黄、绿灯分别用R、Y、G表示，而乙道的红、黄、绿灯分别用r、y、g表示。简单逻辑流程图中设定通行（禁止）时间为60秒，停车时间为10秒。

硬件电路设计基础知识

硬件电子电路基础

第一章半导体器件 §1-1 半导体基础知识一、什么是半导体半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。（导电能力即电导率）（如：硅Si 锗Ge等＋4价元素以及化合物）

二、半导体的导电特性本征半导体――纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。硅和锗的共价键结构。（略） 1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化 ?掺杂──管子 ?温度──热敏元件 ?光照──光敏元件等 2、半导体中的两种载流子──自由电子和空穴 ?自由电子──受束缚的电子（－） ?空穴──电子跳走以后留下的坑（＋）三、杂质半导体──N型、P型（前讲）掺杂可以显著地改变半导体的导电特性，从而制造出杂质半导体。 ?N型半导体（自由电子多）掺杂为＋5价元素。如：磷；砷P──＋5价使自由电子大大增加原理：Si──＋4价P与Si形成共价键后多余了一个电子。载流子组成： o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由P提供的自由电子──数量多。 o空穴──少子 o自由电子──多子 ?P型半导体（空穴多）掺杂为＋3价元素。如：硼；铝使空穴大大增加原理：Si──＋4价B与Si形成共价键后多余了一个空穴。 B──＋3价载流子组成：

o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由B提供的空穴──数量多。 o空穴──多子 o自由电子──少子结论：N型半导体中的多数载流子为自由电子； P型半导体中的多数载流子为空穴。 §1-2 PN结一、PN结的基本原理 1、什么是PN结将一块P型半导体和一块N型半导体紧密第结合在一起时，交界面两侧的那部分区域。 2、PN结的结构分界面上的情况： P区：空穴多 N区：自由电子多扩散运动：多的往少的那去，并被复合掉。留下了正、负离子。（正、负离子不能移动）留下了一个正、负离子区──耗尽区。由正、负离子区形成了一个内建电场（即势垒高度）。方向：N--> P 大小：与材料和温度有关。（很小，约零点几伏）

各种乘法器比较

各种乘法器比较韦其敏08321050 引言：乘法器频繁地使用在数字信号处理和数字通信的各种算法中，并往往影响着整个系统的运行速度。如何实现快速高效的乘法器关系着整个系统的运算速度和资源效率。本位用如下算法实现乘法运算：并行运算、移位相加、查找表、加法树。并行运算是纯组合逻辑实现乘法器，完全由逻辑门实现；移位相加乘法器将乘法变为加法，通过逐步移位相加实现；查找表乘法器将乘积结果存储于存储器中，将操作数作为地址访问存储器，得到的输出数据就是乘法运算结果；加法树乘法器结合移位相加乘法器和查找表乘法器的优点，增加了芯片耗用，提高运算速度。注：笔者使用综合软件为Quartus II 9.1，选用器件为EP2C70，选用ModelSim SE 6.1b进行仿真，对于其他的软硬件环境，需视具体情况做对应修改。汇总的比较：详细实现过程： 1.并行乘法器源代码： module Mult1(outcome,a,b); parameter MSB=8; input [MSB:1] a,b; output [2*MSB:1] outcome; assign outcome=a*b; endmodule

资源耗用情况： ModelSim测试激励文件源代码：`timescale 10ns/1ns module Mult1_test(); reg [8:1] a,b; wire [16:1] outcome; Mult1 u1(outcome,a,b); parameter delay=2; initial begin a=1; b=0; end initial forever begin #delay a=a+1; b=b+1; if(outcome>=16'h0FFF) $stop;

4位乘法器

一、概述利用四位二进制寄存器、全加器以及D触发器等元器件，实现四位二进制乘法器的控制部分和乘法的实现部分。成法是加法的简便运算乘法运算只能通过加法运算以及移位运算来实现。在控制端用四个触发器产生四个控制信号来控制实现的加法移位功能，实现端在控制端信号作用下依次执行置零、加法、移位和循环操作。二、方案说明设计一个4位二进制乘法器，可以存储其乘积。电路原理框图如图1所示。乘法器可以利用家发起和寄存器实现。图1 乘法器原理框图寄存器B存放被乘数，寄存器Q存放乘数，两个乘积长度可能是原来的2倍，故计算完成后将累加和高位放入寄存器A，而Q放寄存器的低位，P 记录乘数的位数，每形成一个部分P加1，当P=4时，乘法结束，两数之积放在AQ寄存器中。控制端产生四个控制信号分别为T0、T1、T2、T3。在初态T0时，被乘数和乘数已分别存于寄存器B和Q中，等待启动信号S的到来，当S=1时控制器进入状态T1，在此状态下A、E、P清零，准备乘法操作。从状态T2开始，控制器进入累计部分积的循环操作过程。首先检验乘数的最低有效位Q1。如Q1=1，A和B相加结果存于A和E之中；如果Q1=0，不做加法运算。无论Q1为何值，都要将计数器P加1。在状态T3，合成寄存器EAQ右移一位得到累计的部分积，时检测P之值，如果P不等于4，状态返回T2，继续累计部分积的过程。如果P=4，停止循环，系统返回初始状态T0。三、电路设计 1、控制器设计

根据图2所示的ASM图表，可以设计二进制乘法器的控制器。图2 二进制乘法器ASM图表四个D触发器的驱动方程为： D0=T0S’+T3Z=((T0S’)’·(T3Z)’)’ D1=T0S=((T0S)’)’ D2=T1+T3Z’=(T1’·(T3Z’)’)’ D3=T2

基于乘法器复用技术的FFT处理器的设计与实现

基于乘法器复用技术的FFT 处理器的设计与实现龙海南，耿双利，郑晓昆，李彩霞摘要：提出了一种基于乘法器复用技术的FFT 优化算法，该算法主要利用了旋转因子关于y 轴和y=x 的对称性，使用两个实数乘法器即可分时共享完成4个复数旋转因子的计算，从而减少硬件资源消耗；采用该算法采用流水线结构，设计了基2的16点IFFT 处理器，使用7个实数乘法器即可完成，进一步优化可仅使用5个。通过ALTERA Cyclone Ⅱ系列的EP2C70F896C6器件进行下载验证。 F PGA 输出结果与MATLAB 计算结果比较，单点最大相对误差约*** 。关键字：FFT, 乘法器复用，FPGA Abstract: This paper proposes an optimized FFT algorithm based on multiplier multiplexing technology, it reduces the hardware resource consumption by taking the advantage of the rotation factor symmetry on the y-axis and y=x; Only use 7 real multiplier to design a pipelined radix-2, 16-point IFFT processor, further optimization can only use 5. The verification is carried out through the downloaded ALTERA Cyclone Ⅱ series EP2C70F896C6 device ．whose result is less than ***difference compared with the result from the MATLAB calculation Key Words ：FFT ；multiplier multiplexing ；FPGA 1 引言 FFT(快速傅里叶变换)是数字信号处理中的重要模块，作为时域和频域转换的基本运算．是数字谱分析的必要前提，在信号处理、图像处理、生物信息学、计算物理、应用数学等方面都有着广泛的应用。在高速数字信号处理中，FFT 的处理速度往往是整个系统设计性能的关键所在[1]。对于FFT 的硬件实现，大致可以分为3种方案：通过数字信号处理器(DSP)实现；通过专用FFT 芯片实现；通过FPGA 实现[2]。用DSP 完成FFT 运算需要占用大量DSP 的运算时间，使整个系统的吞吐量降低；专用的FFT 处理芯片，虽然速度较快，但其可扩展性差，且成本昂贵。FPGA 不仅有大量的片内资源，而且易于组织流水和并行结构，可以大大提高FFT 的处理速度。将FFT 的实时性要求与FPGA 的灵活性相结合，不仅可以提高处理速度，而且可以方便的移植到ASIC 中。 2 FFT 算法基本原理对于N 点序列()x n ，其离散傅立叶变换(DFT)变换可写为： ()()()1 0N nk N n X k DFT x n x n W -===???? ∑ 01k N ≤≤-，（2-1）其中：2j nk nk N N W e π -?=。由式（2-1）分析可知，若直接计算DFT ，乘法和加法次数都和N 2成正比，当N 很大时，运算量是很可观的。FFT 算法的基本思想：可以将一个长度为N 的序列的离散傅里叶变换逐次分解为较短的离散傅里叶变换来计算，这些短序列的DFT 可重新组合成原序列的DFT ，而总的运算次数却比直接的DFT 运算少得

单片机35个实例1(汇编)

1．闪烁灯 1．实验任务如图4.1.1所示：在P1.0端口上接一个发光二极管L1，使L1在不停地一亮一灭，一亮一灭的时间间隔为0.2秒。 2．电路原理图图4.1.1 3．系统板上硬件连线把“单片机系统”区域中的P1.0端口用导线连接到“八路发光二极管指示模块”区域中的L1端口上。

4．程序设计内容（1）．延时程序的设计方法作为单片机的指令的执行的时间是很短，数量大微秒级，因此，我们要求的闪烁时间间隔为0.2秒，相对于微秒来说，相差太大，所以我们在执行某一指令时，插入延时程序，来达到我们的要求，但这样的延时程序是如何设计呢？下面具体介绍其原理：如图4.1.1所示的石英晶体为12MHz，因此，1个机器周期为1微秒机器周期微秒 MOV R6,#20 2个 2 D1: MOV R7,#248 2个 2 2＋2×248 ＝498 20× DJNZ R7,$ 2个2×248 (498 DJNZ R6,D1 2个2×20＝40 10002

因此，上面的延时程序时间为10.002ms。由以上可知，当R6＝10、R7＝248时，延时5ms，R6＝20、R7 ＝248时，延时10ms,以此为基本的计时单位。如本实验要求 0.2秒＝200ms，10ms×R5＝200ms，则R5＝20，延时子程序如下： DELAY: MOV R5,#20 D1: MOV R6,#20 D2: MOV R7,#248 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D2 DJNZ R5,D1 RET （2）．输出控制如图1所示，当P1.0端口输出高电平，即P1.0＝1时，根据发光二极管的单向导电性可知，这时发光二极管L1熄灭；当 P1.0端口输出低电平，即P1.0＝0时，发光二极管L1亮；我们可以使用SETB P1.0指令使P1.0端口输出高电平，使用 CLR P1.0指令使P1.0端口输出低电平。 5．程序框图

基于标准单元库扩展的快速乘法器设计

收稿日期：2011-09-20；修回日期：2011-11-04 基金项目：国家科技重大专项基金资助项目（2009ZX01030-001-002）．作者简介：曾宪恺（1987-），男，湖北孝感人，硕士，主要研究方向为超大规模集成电路设计自动化（zengxk@vlsi．zju．edu．cn ）；郑丹丹（1981-），女，博士，主要研究方向为超深亚微米集成电路SOC 设计；严晓浪（1947-），男，教授，主要研究方向为超大规模集成电路设计、VLSI 设计自动化；吕冬明（1981-），男，博士，主要研究方向为集成电路CAD 研究；葛海通（1972-），男，博士，主要研究方向为嵌入式系统设计．基于标准单元库扩展的快速乘法器设计 * 曾宪恺，郑丹丹，严晓浪，吕冬明，葛海通（浙江大学超大规模集成电路设计研究所，杭州310027）摘要：设计并实现17?17bit 带符号数字乘法器。为了提高乘法器的性能，采用改进的Booth 编码算法、 Wal-lace 树型结构以及基于标准单元库扩展的设计方法。该方法使用逻辑功效模型分析乘法器的关键路径，通过构造驱动能力更为完备的单元以实现关键路径中每一级门功效相等，从而得到最短路径延时。将TSMC 90nm 标准单元库扩展得到扩展单元库，使用两个单元库版图分别实现数字乘法器，基于扩展单元库实现的乘法器速度提升10．87%。实验结果表明，基于标准单元库扩展的半定制设计方法可以有效提升电路的性能，这种方法尤其适用于电路负载过大的情况。关键词：乘法器；标准单元库扩展；改进的Booth 编码算法；Wallace 树；逻辑功效中图分类号：TN47 文献标志码：A 文章编号：1001-3695（2012）05-1778-03 doi ：10．3969/j．issn．1001-3695．2012．05．047 Design of high-speed multiplier based on standard cell library extension ZENG Xian-kai ，ZHENG Dan-dan ，YAN Xiao-lang ，LV Dong-ming ，GE Hai-tong （Institute of VLSI Design ，Zhejiang University ，Hangzhou 310027，China ） Abstract ：This paper proposed a 17?17bit signed digital multiplier．To improve the performance ，the multiplier used modi-fied Booth ’s recoding algorithm ，a Wallace tree structure and design method based on standard cell library extension．It ana-lyzed critical path using logical effort model ，and by constructing cells with different driving capabilities ， it implemented equal logical effort in each stage to achieve minimum path delay．Based on TSMC 90nm standard cell library ， generated an extended cell library ，and implemented the layouts of multiplier respectively．Compared to standard cell library ，the multiplier imple-mented with extended cell library achieved a performance improvement of 10．87%．Experimental results show that the semi-custom design methodology based on standard cell library extension can improve circuit performance effectively ，which is espe-cially appropriate for designs with large loads． Key words ：multiplier ；standard cell library extension ；modified Booth ’s recoding algorithm ；Wallace tree ；logical effort 0引言乘法器是嵌入式CPU 的重要部件，其运算速度决定了逻辑运算单元的工作频率，因此高性能乘法器的设计仍然被关注［1，2］。同时，市场的需求加速了产品的上市进程，从而要求设计者尽量缩短设计时间。为了兼顾乘法器的性能和设计时间，通常使用基于标准单元库的半定制设计方法。但该方法受限于库中标准单元有限的驱动能力，无法实现最短路径延时。为此，本文提出基于标准单元库扩展的乘法器设计方法，消除了传统方法因关键路径优化不足对乘法器性能的影响。基于TSMC 90nm 工艺标准单元库扩展，设计并实现了17?17bit 乘法器模块。该乘法器支持带符号二进制乘法运算，最差情况下（工作电压0．9V ，温度125℃）工作频率为346MHz 。设计过程中，使用EDA 工具进行了速度优先的逻辑综合以及布局布线；在关键路径的处理中，采用了基于逻辑功效的优化方法。 1乘法器二进制乘法器实现了二进制数的乘法运算，它将两个二进制数X 和Y 作为输入，将乘法运算的积Z 作为输出。设被乘数为m 位，记为X m －1X m －2…X 0，乘数为n 位，记为Y n －1Y n －2…Y 0，则积为m +n 位，记为Z m +n －1Z m +n －2…Z 0。将m 位被乘数X 与n 位乘数Y 的每一位进行与运算，可以得到n 项位数为m 的部分积，用加法器阵列将n 项部分积相加，得到积Z 。乘法器的具体实现分为部分积生成、部分积压缩、最终加法三个步骤。通常，使用与门来产生部分积，用加法器阵列对部分积压缩来构成阵列乘法器。这种架构算法简单，易于实现，并且能够实现规则的版图结构，但是由于部分积个数较多，压缩时间较长，无法得到快速的乘法器。使用改进的Booth 编码算法［3，4］有效地减少了部分积的个数，使用Wallace 树型结构［5］缩短部分积压缩的时间，其算法较复杂，并且版图结构不规则，但可以有效地提升乘法器的性能。第29卷第5期2012年5月计算机应用研究 Application Research of Computers Vol.29No.5May 2012

专用集成电路,verilog移位乘法器,源代码及电路仿真

生命科学技术学院《CMOS专用集成电路》实验报告学院（系）：生命科学技术学院专业：生物医学工程班级：151011 学号：15101004 学生姓名：柳琳 2013年06 月29 日

一、实验题目（1）更改测试文件相关部分的参数值，将该乘法器的数据位宽改为8-Bit。（2）根据对实验电路的分析，绘制该移位式乘法器电路详细的电路结构框图，并对每一功能部件的功能及相关参数的意义进行说明；（3）采用Verilog HDL硬件描述语言设计一个16-Bit超前进位加法器；（4）在上面超前进位加法器基础上，将原电路的部分积求和电路改进成超前进位加法器。二、实验结果与讨论（1）更改测试文件相关部分的参数值，将该乘法器的数据位宽改为8-Bit。 module multiplier_nbit ( rst, clk, x, y, result ); parameter mwidth = 8; parameter rwidth = mwidth + mwidth; input rst, clk; … reg [1:0] stcnt; reg [2:0] mucnt; … assign mucnt_en = (stcnt == 2'b01) ? 1'b1 : 1'b0; assign mucnt_full = (mucnt == 3'b111) ? 1'b1 : 1'b0; assign stcnt_load = (stcnt == 2'b10) ? 1'b1 : 1'b0; … always @(posedge rst or posedge clk) begin if(rst) mucnt <= 3'b000; else if(mucnt_en) mucnt <= mucnt + 1; else mucnt <= mucnt; end module test_mult; reg rst, clk; reg [7:0] x, y; wire [15:0] result;

计算机组成原理_阵列乘法器设计

沈阳航空航天大学课程设计报告课程设计名称：计算机组成原理课程设计课程设计题目：阵列乘法器的设计与实现院（系）：计算机学院专业：计算机科学与技术班级：学号：姓名：指导教师：完成日期：2014年1月10日

沈阳航空航天大学课程设计报告 _______________________________________________________________________________ 目录第1章总体设计方案 (1) 1.1设计原理 (1) 1.2设计思路 (2) 1.3设计环境 (3) 第2章详细设计方案 (3) 2.1总体方案的设计与实现 (4) 2.1.1总体方案的逻辑图 (4) 2.1.2器件的选择与引脚锁定 (4) 2.1.3编译、综合、适配 (5) 2.2功能模块的设计与实现 (5) 2.2.1一位全加器的设计与实现 (6) 2.2.2 4位输入端加法器的设计与实现 (7) 2.2.3 阵列乘法器的设计与实现 (10) 第3章硬件测试 (13) 3.1编程下载 (13) 3.2 硬件测试及结果分析 (13) 参考文献 (15) 附录（电路原理图） (16)

第1章总体设计方案 1.1 设计原理阵列乘法器采用类似人工计算的方法进行乘法运算。人工计算方法是用乘数的每一位去乘被乘数，然后将每一位权值对应相加得出每一位的最终结果。如图1.1所示，用乘数的每一位直接去乘被乘数得到部分积并按位列为一行，每一行部分积末位与对应的乘数数位对齐，体现对应数位的权值。将各次部分积求和，即将各次部分积的对应数位求和即得到最终乘积的对应数位的权值。为了进一步提高乘法的运算速度，可采用大规模的阵列乘法器来实现，阵列乘法器的乘数与被乘数都是二进制数。可以通过乘数从最后一位起一个一个和被乘数相与，自第二位起要依次向左移一位，形成一个阵列的形式。这就可将其看成一个全加的过程，将乘数某位与被乘数某位与完的结果加上乘数某位的下一位与被乘数某位的下一位与完的结果再加上前一列的进位进而得出每一位的结果，假设被乘数与乘数的位数均为4位二进制数，即m=n=4,A×B可用如下竖式算出，如图1.1所示。 X 4 X 3 X 2 X 1 =A × Y 4 Y 3 Y 2 Y 1 =B X 4Y 1 X 3 Y 1 X 2 Y 1 X 1 Y 1 X 4Y 2 X 3 Y 2 X 2 Y 2 X 1 Y 2 X 4Y 3 X 3 Y 3 X 2 Y 3 X 1 Y 3 (进位) X4Y4 X3Y4 X2Y4 X1Y4 Z 8 Z 7 Z 6 Z 5 Z 4 Z 3 Z 2 Z 1 图1.1 A×B计算竖式 X 4 ,X 3 ,X 2 ,X 1 ,Y 4 ,Y 3 ,Y 2 ,Y 1 为阵列乘法器的输入端，Z 1 -Z 8 为阵列乘法器的输出端，该逻辑框图所要完成的功能是实现两个四位二进制既A(X)*B(Y)的乘法运算，其计算结果为C(Z) (其中A(X)=X 4X 3 X 2 X 1 ，B(Y)=Y 4 Y 3 Y 2 Y 1 ， C(Z)=Z 8Z 7 Z 6 Z 5 Z 4 Z 3 Z 2 Z 1 而且输入和输出结果均用二进制表示 )。阵列乘法器的总原理如图1.2所示。

硬件工程师必须掌握基础

第一部分．硬件工程师必须掌握基础知识与经验精华目的：基于实际经验与实际项目详细理解并掌握成为合格的硬件工程师的最基本知识。成为合格的硬件工程师的必备知识，全部来源于工程实践的实际要求. 1) 基本设计规范 2) CPU基本知识、架构、性能及选型指导（MIPS，POWERPC，X86） 3) MOTOROLA公司的PowerPC系列基本知识、性能详解及选型指导 4) 网络处理器(INTEL、MOTOROLA、IBM)基本知识、架构、性能及选型 5) 多核CPU的基础知识及典型应用 6) 常用总线的基本知识、性能详解（总线带宽、效率等） 7) 各种存储器详细性能介绍,设计要点及选型指导（DDR I，DDR II，L2 CACHE） 8) DATACOM、TELECOM常用物理层接口芯片基本知识、性能、设计要点及选型指导 9) 常用器件选型指导 10)FPGA、CPLD、EPLD的详细性能、设计要点及选型指导 11)VHDL or Verilog HDL 12)网络基础：交换，路由 13)国内大型硬件设备公司的硬件研发规范和研发流程介绍: 第二部分．硬件开发工具目的：“工欲善其事，必先利其器”，熟练使用业界最新、最流行的专业设计工具，才可完成复杂的硬件设计。为了让学员对自己的培训投资能够物超所值,我们不会象某些培训机构那样, 将大量时间浪费在工具的使用上面,课堂上我们将基本不讲授这些工具的使用方法,而是希望学员能够通过自己在课下学习,此部分我们只进行课堂上的关键部分的指导,本部分不是课程的重点内容,虽然工具的使用对于成为合格的硬件工程师是必须和必备的技能; 1) INNOVEDA公司的ViewDraw，PowerPCB，Cam350 2) CADENCE公司的OrCad，Allegro，Spectra 3) Altera公司的MAX+PLUS II 4) XILINX公司的FOUNDATION、ISE 第三部分．硬件总体设计及原理图设计的核心经验与知识精华此部分，讲师将依据国内著名硬件设备公司的产品开发流程，以基于高速总线结构和高端CPU的几个硬件开发项目为主线，将详细、深入、专业地讲解、剖析硬件总体设计和原理设计的核心经验和知识精华，把业内一些“概不外传”的经验与精髓传授给学员。我们希望通过"真正的经验传授"使你迅速成长为优秀的硬件总体设计师；核心要点: 1)原理图设计全部经验揭密2) 原理图检查checklist 3) 设计理念的根本改变：“纸上”作业4) 结合已经批量转产的高端产品的原理图（原件）进行讲解 1) 产品需求分析 2) 开发可行性分析 3) 系统方案调研，给出我们自己总结的、非常实用有效的、相关的检查项， 4) 硬件总体设计的检查: checklist 5) 总体架构，CPU选型，总线类型 6) 通信接口类型选择 7) 任务分解

并行前缀加法器优化并行阵列乘法器的设计(IJEM-V3-N2-3)

I.J. Engineering and Manufacturing, 2013, 2, 40-50 Published Online September 2013 in MECS (https://www.360docs.net/doc/3c2600932.html,) DOI: 10.5815/ijem.2013.02.03 Available online at https://www.360docs.net/doc/3c2600932.html,/ijem Design Of A Optimized Parallel Array Multiplier Using Parallel Prefix Adder K.KalaiKaviya a, D.P.Balasubramanian b, S.Tamilselvan c a,b PG Student,S.M.K Fomra Institute of technology, Chennai c Asst Professor,S.M.K Fomra Institute of technology, Chennai Abstract Multiplication is the basic building block for several DSP processors, Image processing and many other. Over the years the computational complexities of algorithms used in Digital Signal Processors (DSPs) have gradually increased. This requires a parallel array multiplier to achieve high execution speed or to meet the performance demands. A typical implementation of such an array multiplier is Braun design. Braun multiplier is a type of parallel array multiplier. The architecture of Braun multiplier mainly consists of some Carry Save Adders, array of AND gates and one Ripple Carry Adder. In this research work, a new design of Braun Multiplier is proposed and this proposed design of multiplier uses a very fast parallel prefix adder (Brent kung Adder) in place of Ripple Carry Adder. The architecture of standard Braun Multiplier is modified in this work for reducing the area and delay due to Ripple Carry Adder and performing faster multiplication of two binary numbers. The design is implemented using Microwind1, digital schematics (DSCH) Index Terms: Array multiplier, carry save adder (CSA), Kogge stone Adder, parallel prefix adder ripple carry adder, Microwind, DSCH. ? 2013 Published by MECS Publisher. Selection and/or peer review under responsibility of the Research Association of Modern Education and Computer Science. 1.Introduction For scientific computations, Multiplication is an important and predominance in all digital signal processing (DSP) applications and its subfields. Application Specific Integrated Circuits (ASICs) utilizes as special purpose processor for DSP algorithms [1]. Multiplication is a Repeated addition of n bits will give the solution for the multiplication. i.e.Multioperand addition process. The multioperand addition process needs two n – bit operands. It can be realized in n- cycles of shifting and adding. If the multiplicand is given be. * Corresponding author. Tel.: 00966; 533273146 E-mail address: salem_farh@https://www.360docs.net/doc/3c2600932.html,

电路硬件设计基础

1.1电路硬件设计基础 1.1.1电路设计硬件电路设计原理嵌入式系统的硬件设计主要分3个步骤：设计电路原理图、生成网络表、设计印制电路板，如下图所示。图1-1硬件设计的3个步骤进行硬件设计开发，首先要进行原理图设计，需要将一个个元器件按一定的逻辑关系连接起来。设计一个原理图的元件来源是“原理图库”，除了元件库外还可以由用户自己增加建立新的元件，用户可以用这些元件来实现所要设计产品的逻辑功能。例如利用Protel 中的画线、总线等工具，将电路中具有电气意义的导线、符号和标识根据设计要求连接起来，构成一个完整的原理图。原理图设计完成后要进行网络表输出。网络表是电路原理设计和印制电路板设计中的一个桥梁，它是设计工具软件自动布线的灵魂，可以从原理图中生成，也可以从印制电路板图中提取。常见的原理图输入工具都具有Verilog/VHDL网络表生成功能，这些网络表包含所有的元件及元件之间的网络连接关系。原理图设计完成后就可进行印制电路板设计。进行印制电路板设计时，可以利用Protel 提供的包括自动布线、各种设计规则的确定、叠层的设计、布线方式的设计、信号完整性设计等强大的布线功能，完成复杂的印制电路板设计，达到系统的准确性、功能性、可靠性设计。电路设计方法(有效步骤) 电路原理图设计不仅是整个电路设计的第一步，也是电路设计的基础。由于以后的设计工作都是以此为基础，因此电路原理图的好坏直接影响到以后的设计工作。电路原理图的具体设计步骤，如图所示。

图1-2原理图设计流程图（1）建立元件库中没有的库元件元件库中保存的元件只有常用元件。设计者在设计时首先碰到的问题往往就是库中没有原理图中的部分元件。这时设计者只有利用设计软件提供的元件编辑功能建立新的库元件，然后才能进行原理图设计。当采用片上系统的设计方法时，系统电路是针对封装的引脚关系图，与传统的设计方法中采用逻辑关系的库元件不同。（2）设置图纸属性设计者根据实际电路的复杂程度设置图纸大小和类型。图纸属性的设置过程实际上是建立设计平台的过程。设计者只有设置好这个工作平台，才能够在上面设计符合要求的电路图。（3）放置元件在这个阶段，设计者根据原理图的需要，将元件从元件库中取出放置到图纸上，并根据原理图的需要进行调整，修改位置，对元件的编号、封装进行设置等，为下一步的工作打下基础。（4）原理图布线在这个阶段，设计者根据原理图的需要，利用设计软件提供的各种工具和指令进行布线，将工作平面上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图。（5）检查与校对在该阶段，设计者利用设计软件提供的各种检测功能对所绘制的原理图进行检查与校对，以保证原理图符合电气规则，同时还应力求做到布局美观。这个过程包括校对元件、导线位置调整以及更改元件的属性等。（6）电路分析与仿真这一步，设计者利用原理图仿真软件或设计软件提供的强大的电路仿真功能，对原理图的性能指标进行仿真，使设计者在原理图中就能对自己设计的电路性能指标进行观察、测试，从而避免前期问题后移，造成不必要的返工。