16×16位移位相加乘法器设计样本
本科学生毕业论文
6 月 13日
论文题目： 16×16位移位相加乘法器设计 学
院： 电子工程学院 年 级：
级 专 业：
集成电路设计与集成系统 姓 名：
于昊 学 号：
2141 指引教师： 曹贝
摘要
随着集成电路设计技术不断进步，乘法器芯片设计实现研究与应用越来越广泛，对乘法器进行ASIC芯片设计，具备设计实现过程简朴、所用到EDA工具完善并且成熟、硬件开销小、易于在VLSI电路或系统级芯片中集成。普通，数字电路设计流程对于芯片实现而言，需要RTL级HDL描述，并要对各层次设计进行功能仿真验证，在验证电路能按预期设计功能工作后，即可对RTL级HDL描述进行综合、优化，形成门级网表。整个设计流程可称为数字电路前端设计。本课题基于移位相加算法研究，设计16位移位相加乘法器，并在功能仿真通过后，将所设计Verilog RTL级代码进行综合，采用Synopsys公司Design Compiler EDA工具进行电路综合，获得16位移位相加乘法器门级网表与电路实现。
核心词
数字电路设计；移位相加乘法器；综合；
Abstract
Abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract.(英文摘要内容必要与中文摘要完全相应。英文摘要采用Times New Roman小四号字书写，毕业论文、毕业设计行与行之间、段落和层次标题以及各段落之间均为1.5倍行距。)
Key words
Key words;key words；key words(英文核心词内容必要与中文核心词完全相应。英文核心词采用Times New Roman小四号字书写，毕业论文、毕业设计行与行之间、段落和层次标题以及各段落之间均为1.5倍行距。核心词与核心词之间用“;”隔开)
目录
摘要 ............................................................................................................ 错误!未定义书签。Abstract ..................................................................................................... 错误!未定义书签。第一章乘法器研究背景与意义 .............................................................. 错误!未定义书签。
1.1乘法器发呈现状 .......................................................................... 错误!未定义书签。
1.1.1国内乘法器现状 ............................................................... 错误!未定义书签。
1.1.2国外乘法器现状 ............................................................... 错误!未定义书签。
1.2乘法器概述 .................................................................................. 错误!未定义书签。
1.3乘运算 .......................................................................................... 错误!未定义书签。
1.4乘法器构造 .................................................................................. 错误!未定义书签。
1.5乘法器端口定义 .......................................................................... 错误!未定义书签。第二章移位相加乘法器设计基本原理 .................................................. 错误!未定义书签。
2.1．1 移位相加算法 ....................................................................... 错误!未定义书签。
2.1．2 乘法器设计原理 .................................................................... 错误!未定义书签。
2.2移位相加乘法器原理 .................................................................. 错误!未定义书签。第三章 16×16位移位相加乘法器设计与仿真....................................... 错误!未定义书签。
3.1 16位移位相加乘法器设计 ........................................................ 错误!未定义书签。
3.2 16位移位相加乘法器Verilog文献设计 ................................ 错误!未定义书签。
3.3 16×16位移位相加乘法器Modelsim仿真................................ 错误!未定义书签。
3.3.1 16×16位移位相加乘法器典型数组运算成果............... 错误!未定义书签。
3.3.2 16×16位移位相加乘法器普通状况运算成果............... 错误!未定义书签。第四章 16×16位移位相加乘法器Verilog设计综合........................... 错误!未定义书签。
4.1 RTL级概念 .................................................................................. 错误!未定义书签。
4.2 RTL级综合成果与分析 .............................................................. 错误!未定义书签。
4.3 16位移位相加乘法器电路图 .................................................... 错误!未定义书签。结论 ............................................................................................................ 错误!未定义书签。参照文献 .................................................................................................... 错误!未定义书签。附录一 ........................................................................................................ 错误!未定义书签。道谢 ............................................................................................................ 错误!未定义书签。
第一章乘法器研究背景与意义
数字信号解决中需要频繁进行大数据量乘法运算。乘法器作为数字信号解决器重要部件,它速度直接决定了整个解决器性能。本课题采用verilog HDL设计了一种16位移位相加乘法器。一方面简介了移位相加乘法器算法以及比较移位相加乘法器，Booth乘法器，Wallace Tree乘法器各自特点。简介了本课题在综合时需用到Design Compiler （DC）综合工具。随后提出了自己乘法器设计架构设计了一种16位移位相加乘法器。并用Design Compiler（DC）进行了优化。所设计乘法器是16×16位,基于Altera公司Modelsim平台上用Verilog_HDL软件进行功能仿真,验证了功能对的,达到了预期目的。
微解决器发展随着集成电路迅猛发展而日新月异。在微解决器芯片中乘法器是进行数字信号解决核心同步也是微解决器中进行数据解决核心部件，它已经是当代计算机必不可少一某些。乘法器算法也有诸各种，例如移位相加算法、布斯（Booth）算法、华莱士树（Wallace Tree）算法等。其中移位相加算法是乘法器最基本算法，其他算法都是在它基本上为了压缩和优化这种算法延伸出来算法，目是提高乘法器运算速度以及实现更多乘法器功能。虽然不断关于于32位、64位乘法器研究浮现，但由于大量媒体信号解决只需16位运算就能胜任，因而对16位乘法器研究仍有着相称应用价值。
简单16位CPU的设计
简单CPU的设计 设计步骤： 1)确定CPU功能 2)拟定指令系统（采用MIPS） 3)分析指令系统，为数据通路选择合适的组件，并给出组件 所需的控制信号，连接组件建立数据通路 4)详细分析指令在多周期通路中的执行过程，给出指令执行 的流程图 5)依据指令执行的流程图，分析控制信号的取值，生成相应 的状态转换图 一、确定CPU功能 M[2]←M[0]+M[1] 二、拟定指令系统 J类型
4位12位 指令格式中的op（opcode）是指令操作码。rs（register source）是源操作数的寄存 器号。rd（register destination）是目的寄存器号。rt（register target）即可作为源寄 存器号，又可作为目的寄存器号，有具体的指令决定。func（function）可被认为 是扩展的操作码，Target表示一下个地址开始 注：操作码4位，寄存器字段rs，rt，rd各三位，Fun功能字段3位，Imm立即值字段6位；一共8个寄存器，R0只读不可写，恒为0。 R类型的指令 ADD Rd,Rs,Rt SUB Rd,Rs,Rt AND Rd,Rs,Rt OR Rd,Rs,Rt XOR Rd,Rs,Rt I类型的指令 LW Rt, Rs,imm6 SW Rt, Rs,imm6
存放在ROM中的汇编指令,完成M[2]←M[0]+ M[1] LW R1,0（R0）;R1←M[R[0]+0],由于R(0)内容为0，即R1←M[0] LW R2,1（R0）;R1←M[R[0]+1],由于R(0)内容为0，即R1←M[1] ADD R3,R1,R2 ; R3←R1+R2 SW R3,2(R0) ; M[R[0]+2]←R3 下面地址对应着rom模块里面
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/794346718.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)
16位超前加法器实验报告
16位超前加法器设计实验 一、实验分析： 四位超前进位加法器HDL程序： module add4_head ( a, b, ci, s, pp, gg); input[3:0] a; input[3:0] b; input ci; output[3:0] s; output pp; output gg; wire[3:0] p; wire[3:0] g; wire[2:0] c; assign p[0] = a[0] ^ b[0]; assign p[1] = a[1] ^ b[1]; assign p[2] = a[2] ^ b[2]; assign p[3] = a[3] ^ b[3]; assign g[0] = a[0] & b[0]; assign g[1] = a[1] & b[1]; assign g[2] = a[2] & b[2]; assign g[3] = a[3] & b[3]; assign c[0] = (p[0] & ci) | g[0]; assign c[1] = (p[1] & c[0]) | g[1]; assign c[2] = (p[2] & c[1]) | g[2]; assign pp = p[3] & p[2] & p[1] & p[0]; assign gg = g[3] | (p[3] & (g[2] | p[2] & (g[1] | p[1] & g[0]))); assign s[0] = p[0] ^ ci; assign s[1] = p[1] ^ c[0]; assign s[2] = p[2] ^ c[1]; assign s[3] = p[3] ^ c[2]; endmodule p表示进位否决信号（pass），如果p为0就否决调前一级的进位输入。否决的意思就是即使前一级有进位，本级也不会向后一级产生进位输出。 g表示进位产生信号（generate），如果g为1就表示一定会向后一级产生进位输出。p[n] = a[n] ^ b[n]这句话的意思是说，当a=1,b=0或a=0,b=1时前一级的进位输入信号不能否决。这样就有个问题了，即当a=1,b=1时前一级的进位输入信号也不能否决啊，怎么没有体现出来？其实当a=1,b=1时产生了进位产生信号g，它的优先级高于p信号，就忽略了p信号，直接产生了向后一级产生进位输出，是没有逻辑错误的。 g[n] = a[n] & b[n] 这句话的意思是说，如果a=1,b=1时就直接向后一级产生进位输出信号，而不用考虑其它的任何因素。
EDA 16位加法计数器的设计
北京理工大学 用程序输入方法设计一个16位二进制加法计数器 学院：机械xxxx学院 专业班级：10机械电子工程x班 姓名：陈xx 学号：10xxxxxx 指导教师：xxx 老师
目录 摘要 (1) 1 绪论 (2) 2 计数器的工作原理 (3) 3 设计原理 (4) 4 电路系统的功能仿真 (5) 6 个人小结 (20) 参考文献 (21)
摘要 计数器是数字系统中使用较多的一种时序逻辑器件。计数器的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即对脉冲实现计数操作。计数器也可以作为分频、定时、脉冲节拍产生器和脉冲序列产生器使用。计数器的种类很多，按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，可分为同步计数器和异步计数器；按进位体制的不同，可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；按计数过程中数字增减趋势的不同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；还有可预制数和可编计数器等等。本次课程设计将利用众多集成电路软件软件中的Quartus II软件，使用VHDL语言编程完成论文《用程序输入方法设计一个16位二进制加法计数器》，调试结果表明，所设计的计数器正确实现了计数功能。 关键词：二进制；加法计数器；VHDL语言
1 绪论 现代电子设计技术的核心已日趋转向基于计算机的电子设计自动化，即EDA（Electronic Design Automation）技术。EDA技术就是依赖功能强大的计算机，在集成电路软件平台上，对以硬件描述语言HDL（Hardware Description Language）为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动完成逻辑编译、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。现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。一般所指的EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。 EDA工具软件可大致可分为芯片设计辅助软件、可编程芯片辅助设计软件、系统设计辅助软件等三类。常用的EDA工具软件平台有：Matlab、Protel、Proteus、OrCAD以及我们学习的本次课程结课论文所用到的Quartus II等。而且EDA工具软件平台一般都有第三方软件接口，以便于与其他软件联合使用。 本次课程结课论文在设计16位二进制加法计数器时所用到的EDA软件工具平台是Quartus II。Quartus II 是Altera公司的综合性PLD（可编程逻辑器件）开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。Quartus II 通过和DSP
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;
16位vhdl乘法器详解,加仿真图
控制模块： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_arith.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity cont_modu is port( Clk : in std_logic ; Start : in std_logic; //数据输入开始信号 en_sig : out std_logic; //控制运算信号，为‘1’运算数据 out_sig : out std_logic // 运算完成信号 ); end entity; architecture rlt_cont_modu of cont_modu is signal cnt :integer range 0 to 15 :=0;//定义从0到15 type state is(S_idle,S_work,S_1d,S_2d);//运算状态信号，状态机 signal st_ty : state :=S_idle; begin process(Clk) begin if rising_edge(Clk) then case st_ty is选择语句；S_idle为空闲状态，当输入数据后Start信号为1就开始工作 when S_idle => if Start ='1' then如果为1就跳转到S_work状态，并且使能信号置1 st_ty <= S_work; en_sig <='1'; else不然继续在S_idle状态 st_ty <= S_idle; en_sig <='0'; end if; out_sig <='0'; when S_work => if cnt =15 then在S_work状态下，cnt信号一直加1，加满16个数就跳转到S_1d，然后使能信号en_sig 就为0。 st_ty <= S_1d; cnt <= 0; en_sig <='0'; else如果没到16个数继续加1 st_ty <= S_work;
(完整版)电气专业设计图纸符号大全
电器符号大全 一，导线穿管表示 SC-焊接钢管 MT-电线管 PC-PVC塑料硬管 FPC-阻燃塑料硬管 CT-桥架 MR-金属线槽 M-钢索 CP-金属软管 PR-塑料线槽 RC-镀锌钢管 二，导线敷设方式的表示DB-直埋 TC-电缆沟 BC-暗敷在梁内 CLC-暗敷在柱内 WC-暗敷在墙内 CE-沿天棚顶敷设 CC-暗敷在天棚顶内SCE-吊顶内敷设 F-地板及地坪下 SR-沿钢索 BE-沿屋架，梁 WE-沿墙明敷 三，灯具安装方式的表示CS-链吊 DS-管吊 W-墙壁安装 C-吸顶 R-嵌入 S-支架 CL-柱上 沿钢线槽：SR 沿屋架或跨屋架：BE 沿柱或跨柱：CLE 穿焊接钢管敷设：SC 穿电线管敷设：MT 穿硬塑料管敷设：PC 穿阻燃半硬聚氯乙烯管敷设：FPC 电缆桥架敷设：CT 金属线槽敷设：MR 塑料线槽敷设：PR 用钢索敷设：M 穿聚氯乙烯塑料波纹电线 管敷设：KPC 穿金属软管敷设：CP 直接埋设：DB 电缆沟敷设：TC 导线敷设部位的标注 沿或跨梁（屋架）敷设：AB 暗敷在梁内：BC 沿或跨柱敷设：AC 暗敷设在柱内：CLC 沿墙面敷设：WS 暗敷设在墙内：WC 沿天棚或顶板面敷设：CE 暗敷设在屋面或顶板内：CC 吊顶内敷设：SCE 地板或地面下敷设：FC HSM8-63C/3P DTQ30-32/2P 这两个应该是 两种塑壳断路器的型号， HSM8-63C/3P 适用于照明 回路中，为3极开关，额定 电流为63A（3联开关） DTQ30-32/2P 也是塑壳断路 器的一种，额定电流32A， 2极开关 其他那些符号都是关于导 线穿管和敷设方式的一些 表示方法，你对照着查一下 *********************** *********************** **** 型号含义： R－连接用软电缆（电线）， 软结构。 V－绝缘聚氯乙烯。V－聚 氯乙烯绝缘V－聚氯乙烯护 套 B－平型（扁形）。 S－双绞型。A－镀锡或镀 银。 F－耐高温 P－编织屏蔽P2－铜带屏蔽 P22－钢带铠装 Y—预制型、一般省略，或 聚烯烃护套 FD—产品类别代号，指分支 电缆。将要颁布的建设部标 准用FZ表示，其实质相同 YJ—交联聚乙烯绝缘 V—聚氯乙烯绝缘或护套 ZR—阻燃型 NH—耐火型 WDZ—无卤低烟阻燃型 WDN—无卤低烟耐火型 例如：SYV 75-5-1(A、B、C） S: 射频Y:聚乙烯绝缘V:聚 氯乙烯护套A：64编B： 96编C：128编 75：75欧姆5：线径为5MM 1：代表单芯 SYWV 75-5-1 S: 射频Y:聚乙烯绝缘W: 物理发泡V:聚氯乙烯护套 75：75欧姆5：线缆外径为 5MM 1：代表单芯 例如：RVVP2*32/0.2 RVV2*1.0 BVR R: 软线VV:双层护套线P 屏蔽 2：2芯多股线32：每芯有 32根铜丝0.2：每根铜丝直 径为0.2MM ZR-RVS2*24/0.12 ZR: 阻燃R: 软线S:双绞线 2：2芯多股线24：每芯有 24根铜丝0.12：每根铜丝 直径为0.12MM 型号、名称 RV 铜芯氯乙烯绝缘连接电 缆（电线） AVR 镀锡铜芯聚乙烯绝缘 平型连接软电缆（电线） RVB 铜芯聚氯乙烯平型连 接电线 RVS 铜芯聚氯乙烯绞型连
16位(8x8)硬件乘法器设计报告
EDA课程设计16位（8x8）硬件乘法器设计学校：华侨大学 学院：信息与工程学院 班级：10集成 姓名：项传煜 学号：1015251031 老师：凌朝东
目录 摘要 一．设计要求 二．正文 2.1. 系统设计 2.1.1 系统设计方案 (3) 2.1.2 系统设计原理 (4) 2.2. 各子模块设计 2.2.1 十进制加计数器设计 (5) 2.2.2 BCD码转二进制码BCD_B的设计 (5) 2.2.3 8位移位寄存器reg_8的设计 (6) 2.2.4 8位加法器adder_8的设计 (7) 2.2.5 1位乘法器multi_1的设计 (7) 2.2.6 16位移位寄存器reg_16的设计 (8) 2.2.7 16位二进制转BCD码B_BCD的设计 (9) 2.3. 软件设计 2.3.1 设计平台和开发工具 (10) 2.3.2 程序流程方框图 (10) 2.3.3 实现功能 (11) 2.3.4 8位乘法器的顶层设计 (11) 2.4. 系统测试 2.4.1 乘法器使用 (13) 2.4.2 仪器设备 (13) 2.4.3 测试数据 (14) 2.5. 结论 (14) 三．测试结果仿真图 (14) 四．参考文献 (15) 五．附录：设计说明书及使用说明书 (15)
摘要 本设计通过对一个8×8的二进制乘法器的设计，学习利用VHDL语言来描述简单的算法，掌握利用移位相加方法实现乘法运算的基本原理。在此次设计中该乘法器是由十进制计数器，BCD码（输入）转二进制码，8位寄存器，8位加法器，16位寄存器，8x1乘法器，二进制码转BCD码（输出显示）7个模块构成的以时序方式设计的8位乘法器，采用逐项移位相加的方法来实现相乘。设计中乘数，被乘数的十位和个位分别采用cnt10（十进制加法器）来输入，经拼接符“&”拼接成8位BCD码，再由BCD_B（BCD码转二进制码）转化成二进制码后计算，计算结果由B_BCD(二进制转BCD码)转化成BCD码输入到数码管中显示。此次设计的创新点在于cnt10，BCD_B，B_BCD的设计，使得电路的输入简单，显示方式为十进制，符合人们的习惯。使用中只要输入乘数，被乘数，按下键3（脉冲）就可以直接得出结果，显示结果稳定。可以满足两位十进制乘法的计算。 一．设计要求 设计一个十六位（8*8）硬件乘法器（难度系数1.0） 要求：2位十进制乘法；能同时显示乘数，被乘数和积的信息（LED数码管）。 二．正文 2.1. 系统设计 2.1.1 系统设计方案 方案一：直接生成乘法器，再配合输入，输出电路，构成2位十进制乘法器，该方案简单，原理清晰明了，但占用资源比较多，且不易于了解内部结构，及其乘法原理。 方案二：移位相加方法实现乘法运算再配合输入，输出电路，构成2位十进制乘法器，该方案原理简单，占用资源少，易于初学者掌握移位相加方法实现乘法运算的原理，但电路模块较多。方案选择：由于现在属初学阶段，掌握原理较为重要，故经小组讨论，一致同意采用方案二。
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
VHDL实现16位全加器
[键入公司名称] [键入文档标题] [键入文档副标题] 姓名：托列吾别克·马杰尼 班级：电路与系统01班 学号：201221020141 2013/11/24
基于VHDL的16位全加器的设计 1.1设计题目的内容及要求 1.1.1目的： CMOS数字集成电路设计流程及数字集成电路自动化设计，包括功能验证、VHDL/Verlog建模、同步电路设计、异步数据获取、能耗与散热、信号完整性、物理设计、设计验证等技术 1.1.2内容： 主要实验内容是用0.18μm数字CMOS工艺，VHDL或Verlog设计一个16位全加器，用Synthesis 仿真工具验证功能，电路合成，及性能检测。 1.1.3主要测试参数及指标范围: 16位的全加器主要的设计指标是高于1GHz的频率，功耗，物理面积大小等参数。 1.2全加器的组成和原理分析 全加器是常用的组合逻辑模块中的一种，对全加器的分析和对组合逻辑电 路的分析一样。组合逻辑电路的分析，就是找出给定电路输入和输出之间的逻 辑关系，从而了解给定逻辑电路的逻辑功能。组合逻辑电路的分析方法通常采 用代数法，一般按下列步骤进行： （1）根据所需要的功能，列出真值表。 （2）根据真值表，写出相应的逻辑函数表达式。 （3）根据真值表或逻辑函数表达式，画出相应的组合逻辑电路的逻辑图[1]。 （4）用VHDL编写程序在QUARTUSⅡ上进行模拟，并分析结果的正确性。 1.3 全加器简介
全加器是组合逻辑电路中最常见也最实用的一种，考虑低位进位的加法运算就是全加运算，实现全加运算的电路称为全加器。它主要实现加法的运算，其中分为并行全加器和串行全加器，所谓并行就是指向高位进位时是并行执行的，而串行就是从低位到高位按顺序执行，为了提高运算，必须设法减小或消除由于进位信号逐级传递所消耗的时间，为了提高运算速度，制成了超前进位加法器，这是对全加器的一种创新[2]。 1.3.1半加器的基本原理 如果不考虑有来自低位的进位将两个1位二进制数相加，称为半加。实现半加运算的电路称为半加器。 按照二进制加法运算规则可以列出如表2所示的半加器真值表，其中A、B 是两个加数，S是相加的和，CO是向高位的进位。将S、CO和A、B的关系写成逻辑表达式则得到 S=A B+A B=A+B CO=AB 表1 半加器的真值表 因此，半加器是由一个异或门和一个与门组成的，如图1所示。
各种电气设计图纸符号
一，导线穿管表示 SC-焊接钢管 MT-电线管 PC-PVC塑料硬管 FPC-阻燃塑料硬管 CT-桥架 MR-金属线槽 M-钢索 CP-金属软管 PR-塑料线槽 RC-镀锌钢管 二，导线敷设方式的表示 DB-直埋 TC-电缆沟 BC-暗敷在梁 CLC-暗敷在柱 WC-暗敷在墙 CE-沿天棚顶敷设 CC-暗敷在天棚顶 SCE-吊顶敷设 F-地板及地坪下 SR-沿钢索 BE-沿屋架，梁 WE-沿墙明敷 三，灯具安装方式的表示 CS-链吊 DS-管吊 W-墙壁安装 C-吸顶 R-嵌入 S-支架 CL-柱上 沿钢线槽：SR 沿屋架或跨屋架：BE 沿柱或跨柱：CLE 穿焊接钢管敷设：SC 穿电线管敷设：MT 穿硬塑料管敷设：PC 穿阻燃半硬聚氯乙烯管敷设：FPC 电缆桥架敷设：CT 金属线槽敷设：MR 塑料线槽敷设：PR 用钢索敷设：M 穿聚氯乙烯塑料波纹电线管敷设：KPC
穿金属软管敷设：CP 直接埋设：DB 电缆沟敷设：TC 导线敷设部位的标注 沿或跨梁（屋架）敷设：AB 暗敷在梁：BC 沿或跨柱敷设：AC 暗敷设在柱：CLC 沿墙面敷设：WS 暗敷设在墙：WC 沿天棚或顶板面敷设：CE 暗敷设在屋面或顶板：CC 吊顶敷设：SCE 地板或地面下敷设：FC ************************************************** 型号含义： R－连接用软电缆（电线），软结构。 V－绝缘聚氯乙烯。 V－聚氯乙烯绝缘V－聚氯乙烯护套 B－平型（扁形）。 S－双绞型。A－镀锡或镀银。 F－耐高温 P－编织屏蔽P2－铜带屏蔽P22－钢带铠装 Y—预制型、一般省略，或聚烯烃护套 FD—产品类别代号，指分支电缆。将要颁布的建设部标准用FZ表示，其实质相同YJ—交联聚乙烯绝缘 V—聚氯乙烯绝缘或护套 ZR—阻燃型 NH—耐火型 WDZ—无卤低烟阻燃型 WDN—无卤低烟耐火型 例如：SYV 75-5-1(A、B、C） S: 射频 Y:聚乙烯绝缘 V:聚氯乙烯护套 A：64编 B：96编 C：128编 75：75欧姆 5：线径为5MM 1：代表单芯 SYWV 75-5-1 S: 射频 Y:聚乙烯绝缘 W:物理发泡 V:聚氯乙烯护套 75：75欧姆 5：线缆外径为5MM 1：代表单芯 例如：RVVP2*32/0.2 RVV2*1.0 BVR R: 软线 VV:双层护套线 P屏蔽 2：2芯多股线 32：每芯有32根铜丝 0.2：每根铜丝直径为0.2MM ZR-RVS2*24/0.12 ZR: 阻燃 R: 软线 S:双绞线 2：2芯多股线 24：每芯有24根铜丝 0.12：每根铜丝直径为0.12MM 型号、名称 RV 铜芯氯乙烯绝缘连接电缆（电线）
16位除8位有符号数的VHDL设计
library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_arith.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; Entity Divider is port( clk: in std_logic; --reset: in std_logic; start: in std_logic; word1: in std_logic_vector(15 downto 0);--被除数 word2: in std_logic_vector(7 downto 0);--除数 data_out: out std_logic_vector(15 downto 0)--商 ); end Divider; Architecture Divider_arc of Divider is type states is(S_Idle,S_Adivr,S_Adivn,S_div); signal state,next_state:states; signal dividend:std_logic_vector(16 downto 0); signal comparison:std_logic_vector(8 downto 0); signal divisor:std_logic_vector(7 downto 0); signal load_words,shift_divisor,shift_dividend,subtract:std_logic; signal num_shift_divisor,num_shift_dividend:integer range 0 to 16; signal quotient:std_logic_vector(15 downto 0); begin process(state,dividend,divisor) begin case state is when S_Adivr => if divisor(7)='0' then comparison<='1'&(not(divisor(6 downto 0)&'0')) +"000000001"+dividend(16 downto 8); else comparison<='1'&(not divisor) +"000000001"+dividend(16 downto 8); end if; when others => comparison<='1'&(not divisor) +"000000001"+dividend(16 downto 8); end case; end process; process(clk,start) begin
定点原码两位乘法器的设计
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：定点原码二位乘法器的设计 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 (3) 1.3设计环境 (5) 第2章功能模块的设计与实现 (6) 2.1总体的设计与实现 (6) 2.1.1总体方案的逻辑图 (6) 2.2基本功能模块的组成及工作原理 (8) 2.2.1被乘数模块的组成及工作原理 (8) 2.2.2乘数模块的组成及工作原理 (8) 2.2.3选择模块的组成及工作原理 (9) 2.2.4 移位模块的工作原理 (9)
第3章程序仿真与测试 (10) 3.1程序仿真 (10) 3.2仿真测试及结果分析 (10) 参考文献 (12) 附录（汇编程序） (13)
第1章总体设计方案 1.1 设计原理 定点原码两位乘与定点原码一位乘一样，符号位的运算和数值部分是分开进行的，但为了提高运算速度，所以采用了原码两位乘，因为原码两位乘是用乘数的末两位的状态来决定新的部分积如何形成，可提高运算速度。乘数和被乘数都用原码表示。 两位乘数有四种可能的组合，每种组合对应的操作如表1.1所示 表1.1 乘数组合与部分积关系对照表 乘数y n-1y n 新的部分积 00 新部分积等于原部分积右移两位 01 新部分积等于原部分积加被乘数后右移两位 10 新部分积等于原部分积加2倍被乘数后右移两位 11 新部分积等于原部分积加3倍被乘数后右移两位 与一位乘法比较，多出了+2X和3X两种情况。把X左移1位即得到2X，在机器内通常采用左斜送一位来实现。可是+3X一般不能一次完成，如分成两次进行，又降低了计算速度。解决问题的办法是：以（4X-X）来代替3X运算，在本次运算中只执行-X，而+4X则归并到下一步执行，此时部分积以右移了两位，上一步欠下的+4X已变成+X，在实际线路中要用一个触发器C来记录是否欠下+4X，若是，则C变为1。因此实际操作用Yi-1，Yi，C三位来控制，运算规则如下所示： 表1.2 判断值对应的操作以及C值的变化情况 组合值Yi-1 Yi C 操作C值变化 0 0 0 0 部分积＋0；右移两位C=0 1 0 0 1 部分积＋x；右移两位C=0 1 0 1 0 部分积＋x；右移两位C=0 2 0 1 1 部分积＋2x；右移两位C=0 2 1 0 0 部分积＋2x；右移两位C=0
16位全加器
四川理工大学 课程设计任务书设计题目：采用门电路设计一个16位的全加器电路 院系：计算机学院 专业：计算机科学与技术 班级：2008级6班 指导教师：朱文忠 学生姓名：赵******************
目录： 一引言 (1) 1.1 设计背景 (1) 1.2 设计分工 (1) 二设计目的 (2) 2.1 设计目的 (2) 2.2 设计内容 (2) 三设计过程 (2) 3.1 硬件方案 (2) 3.1.1 一位全加器的原理及设计 (2) 3.1.2 四位全加器的原理及设计 (4) 3.1.3 十六位全加器的原理及设计 (7) 3.2 软件方案 (9) 3.3 可行性论证 (13) 3.4 结论 (15) 四参考文献 (16)
引言 1. 设计背景 随着计算机科学技术的发展，人们获得信息的途径更加多样，获取信息的速度更加快捷。硬件的发展允许程序员编出很多精彩的使用软件，也使得计算机更加普及。中央处理器CP U的好坏是影响和制约计算机速度和性能的关键因素。而加法器是组成C PU的的重要部件，一般运算速度的快慢就取决与每秒执行加法的次数，加法器是算术逻辑单元中的基本逻辑器件。例如：为了节省资源，减法器和硬件乘法器都可由加法器来构成。但宽位加法器的设计是很耗费资源的，因此在实际的设计和相关系统的开发中需要注意资源的利用率和进位速度等两方面的问题。 多位加法器的构成有两种方式：并行进位和串行进位方式。并行进位加法器设有并行进位产生逻辑，运算速度快；串行进位方式是将全加器级联构成多位加法器。并行进位的并行加法器又可以分为组内并行、组间串行的进位链和组内并行、组间并行的进位链。通常，并行加法器比串行级联加法器占用更多的资源，并且随着位数的增加，相同位数的并行加法器比串行加法器的资源占用差距也会越来越大。它们的目的就是要进位信号的产生尽可能的快,因此产生了二重进位链或更高重进位链,显然进位速度的提高是以硬件设计的复杂化为代价来实现的。 2. 设计分工 赵**（081010*****）：硬件方案、排版 吴**（081010*****）：可行性论证、结论
电气设计图纸中符号表示大全
电气设计图纸中符号表示大全 在电气图纸中用英文符号表示的线管敷设方式，总结了一些常用的符号表示含义。 一、导线穿管表示 SC-焊接钢管 MT-电线管 MR-金属线槽 M-钢索 PR-塑料线槽 RC-镀锌钢管 PC-PVC塑料硬管 FPC-阻燃塑料硬管 CT-桥架 CP-金属软管 二、导线敷设方式表示 BE-沿屋架，梁 BC-暗敷在梁内 CLC-暗敷在柱内 CE-沿天棚顶敷设 CC-暗敷在天棚顶内 DB-直埋 F-地板及地坪下 WC-暗敷在墙内 WE-沿墙明敷 SCE-吊顶内敷设 SR-沿钢索 TC-电缆沟 三、灯具安装方式的表示 CS-链吊 C-吸顶 CL-柱上 DS-管吊 W-墙壁安装 R-嵌入 S-支架 沿钢线槽：SR 沿屋架或跨屋架：BE 沿柱或跨柱：CLE 穿焊接钢管敷设：SC 穿电线管敷设：MT 穿硬塑料管敷设：PC 穿阻燃半硬聚氯乙烯管敷设：FPC
电缆桥架敷设：CT 金属线槽敷设：MR 塑料线槽敷设：PR 用钢索敷设：M 穿聚氯乙烯塑料波纹电线管敷设：KPC 穿金属软管敷设：CP 直接埋设：DB 电缆沟敷设：TC 导线敷设部位的标注 沿或跨梁（屋架）敷设：AB 暗敷在梁内：BC 沿或跨柱敷设：AC 暗敷设在柱内：CLC 沿墙面敷设：WS 暗敷设在墙内：WC 沿天棚或顶板面敷设：CE 暗敷设在屋面或顶板内：CC 吊顶内敷设：SCE 地板或地面下敷设：FC HSM8-63C/3P DTQ30-32/2P塑壳断路器的两种型号， HSM8-63C/3P 适用于照明回路中，为3极开关，额定电流为63A（3联开关） DTQ30-32/2P塑壳断路器的一种，额定电流32A，2极开关 四、型号的含义 R－连接用软电缆（电线），软结构。 B－平型（扁形）。 S－双绞型。 A－镀锡或镀银。 F－耐高温 P－编织屏蔽 P2－铜带屏蔽 P22－钢带铠装 Y—预制型、一般省略，或聚烯烃护套 FD—产品类别代号，指分支电缆。将要颁布的建设部标准用FZ表示，其实质相同。 YJ—交联聚乙烯绝缘 V—聚氯乙烯绝缘或护套 ZR—阻燃型 NH—耐火型 WDZ—无卤低烟阻燃型 WDN—无卤低烟耐火型 例如：SYV 75-5-1(A、B、C） S: 射频 Y:聚乙烯绝缘 V:聚氯乙烯护套 A：64编 B：96编 C：128编75：75欧姆 5：线径为5MM 1：代表单芯 SYWV 75-5-1
有符号5位整数乘法器设计与制作
哈尔滨工业大学（威海） 信息科学与工程学院 EDA课程设计报告 有符号5位整数乘法器设计与制作 指导老师：胡屏 学生班级：0802102 学生姓名：傅愉 学生学号：080210210 2009年11月10日
目录 1.课程设计的性质、目的和任务 (1) 2.题目要求 (1) 3.总体设计 (1) 3.1算法设计 (1) 3.2整体框图及原理 (2) 4.电路设计 (4) 4.1 乘法器总体电路原理图： (4) 4.2分时输入模块电路图： ........................................................... - 5 - 4.3乘法运算电路图： (6) 4.4阀门控制模块电路： ............................................................... - 9 - 4.5计数单元电路图： ................................................................. - 12 - 4.6数码管显示单元电路： ......................................................... - 14 - 4.7报警电路示意： ......................................... 错误！未定义书签。 5.调试过程中出现的问题以及解决办法 .......................................... - 19 - 6.心得体会........................................................................................... - 20 - 7.建议：............................................................................................... - 21 - 1.课程设计的性质、目的和任务 创新精神和实践能力二者之中，实践能力是基础和根本。这是由