FPGA 4位全加器的设计

目录

一、设计原理 (1)

二、设计目的 (1)

三、设计内容 (2)

四、设计步骤 (2)

五、总结与体会 (6)

4位全加器设计报告

一、设计原理

全加器是指能进行加数、被加数和低位来的进位信号相加，并根据求和结果给出该位的进位。

4位加法器可以采用4个以为全加器级连成串行进位加法器，如下图所示，其中CSA 为一位全加器。显然，对于这种方式，因高位运算必须要等低位进位来到后才能进行，因此它的延迟非常可观，高速运算无法胜任。

A 和

B 为加法器的输入位串，对于4位加法器其位宽为4位，S 为加法器输出位串，与输入位串相同，

C 为进位输入（CI ）或输出（CO ）。 实现代码为： 全加器真值表如下：

module adder4(cout,sum,ina,inb,cin); output[3:0]sum; output cout;

input[3:0]ina,inb; input cin;

assign {count,sum}=ina+inb+cin; endmodule

二、设计目的

⑴熟悉ISE9.1开发环境，掌握工程的生成方法。 ⑵熟悉SEED-XDTK XUPV2Pro 实验环境。 ⑶了解Verilog HDL 语言在FPGA 中的使用。 ⑷了解4位全加器的Verilog HDL 语言实现。

输 入 输 出

Xi Yi Ci-1 Si

Ci 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1

1

1

1

1

三、设计内容

用Verilog HDL语言设计4位全加器，进行功能仿真演示。

四、设计步骤

1、创建工程及设计输入。

⑴在E：\progect\目录下，新建名为count8的新工程。

⑵器件族类型（Device Family）选择“Virtex2P”

器件型号（Device）选“XC2VP30 ff896-7”

综合工具（Synthesis Tool）选“XST(VHDL/Verilog)”

仿真器（Simulator）选“ISE Simulator”

⑶下面一直next和确定。

⑷设计输入：在源代码窗口中单击右键，在弹出的菜单中选择“New Source”,在弹出的对话框中选择“Verilog Moudle”，在右端的“File name”中输入源文件名adder4，下面各步单击“Next”按钮。

⑸在弹出的源代码编辑框内输入源代码并保存。

2、功能仿真

⑴在source窗口“sources for”中选择“Behavioral Simulation”。由“Test Bench WaveForm”添加激励源。

点击Finish。

⑵出现波形激励编辑窗口。给ina和inb赋初始值。

⑶在processes窗口中单击“simulater behavioral model”即开始仿真，仿真结果如下。

从仿真的结果可以看出，sum=ina+inb+cin。仿真结果正确。

3、用ChipScope进行在线调试。

⑴生成ChipScope核。代码比较简单，这里只需要ICON和VIO两个核即可。打开“ChipScope pro core generator”

首先是生成ICON核的过程。

在output netlist位置指向adder4所在的路径，在device family里选virtex2p 器件。由于只用了VIO核，所以ICON的控制端口数设置为1。

之后就是就是一直确定就行，直到出现生成新的核的界面。

其次就是生成VIO核的过程。

在输入输出端口设置过程中选定异步输入端口和异步输出端口。异步输入端口宽度根据sum（4位）、cout（1位）的总位数设定，异步输出端口根据ina （4位）、inb（4位）、cin（1位）的总位数设定。

之后也是一直确定，这样VIO核也就生成了。

⑵添加ICON核与VIO核到工程。

点击“File—Open”，在adder4所在位置找到icon_xst_example.v和vio_xst_example.v文件并打开，将ICON和VIO核的模块例化语句加到adder4.v 相应的位置，并进行修改，最后得到的代码如下：

module adder4(cout,sum);

output[3:0] sum;

output cout;

wire [3:0] ina,inb;

wire cin;

wire [35:0] control0;

wire [13:0] async_in;

wire [8:0] async_out;

icon i_icon

(

.control0(control0)

);

vio i_vio

(

.control(control0),

.async_in(async_in),

.async_out(async_out)

);

assign async_in[3:0]=ina[3:0];

assign async_in[7:4]=inb[3:0];

assign async_in[8]=cin;

assign async_in[12:9]=sum[3:0];

assign async_in[13]=cout;

assign ina[3:0]=async_out[3:0];

assign inb[3:0]=async_out[7:4];

assign cin=async_out[8];

assign {cout,sum}=ina+inb+cin;

endmodule

module icon

(

control0

);

output [35:0] control0;

endmodule

module vio

(

control,

async_in,

async_out

);

input [35:0] control;

input [13:0] async_in;

output [8:0] async_out;

endmodule

进行保存，然后在ISE里进行综合，具体操作步骤：单击“adder4.v”，在processes窗口中双击“Synthesize—XST”；如果综合没有出错，再实现，双击“Implement Design”，最后生成bit文件，双击“Generate Programming File”。

过程图为：