原创 [博客大赛]小程序大道理---乘法器（续）

对于乘法 P=A*B 有：

实现：乘法转化成了个N（A的位宽）个加法运算；第n次加法的加数是A的第n位（An）与B左移n位（B<）的乘积；<>

权衡： 速度和面积。速度不够，吞吐不够，有流水线方式；面积太大（消耗资源多），用串行方式（时分复用）。

1、 串行方式，需要若干周期才能完成一次乘法计算

module top(clk,rst_n,A,B,C);
input clk;
input rst_n;
input [7:0] A;
input [7:0] B;
output reg [15:0] C;

reg [7:0]  a;
reg [15:0] b;
reg [15:0] c;

reg [3:0] count;
reg [2:0] i;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
begin 
 i<=3'd0;
 count<=4'd0;
 a<=8'd0;
 b<=16'd0;
 c<=16'd0;
 C<=16'd0;
end
else case(i)
  3'd0: begin
         a<=A;
         b[7:0]<=B;
         c<=16'd0;
         i<=3'd1;
        end
  3'd1: if(count==4'd8)
         begin
          C<=c;       
          i<=3'd0;
         end
        else begin
              if(a[0]==1'b1)
                begin
                 c<=c+b;
                 b<=b<<1;
                 a<=a>>1;
                 count<=count+4'd1;
                 i<=3'd1;
                end
             end
   default: i<=3'd0;
   endcase
endmodule

资源使用

速率

2、流水线

module top(clk,rst_n,A,B,C);
input clk;
input rst_n;
input [7:0] A;
input [7:0] B;
output reg [15:0] C;

reg [7:0] a;
reg [7:0] b;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
begin
 a<=8'd0;
 b<=8'd0;
end
else begin
      a<=A;
      b<=B;
     end
// 移位（相乘）    
reg [7:0] x0;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
 x0<=8'd0;
else if(a[0])
 x0<=b;
else *0<=8'd0;

reg [8:0] x1;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
 x1<=9'd0;
else if(a[1])
 x1<={b[7],b};
else *1<=9'd0;

reg [9:0] x2;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
 x2<=10'd0;
else if(a[2])
 x2<={b[7],b[7],b};
else *2<=10'd0;

reg [10:0] x3;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
 x3<=11'd0;
else if(a[3])
 x3<={b[7],b[7],b[7],b};
else *3<=11'd0;
 
reg [11:0] x4;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
 x4<=12'd0;
else if(a[4])
 x4<={b[7],b[7],b[7],b[7],b};
else *4<=12'd0;

reg [12:0] x5;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
 x5<=13'd0;
else if(a[5])
 x5<={b[7],b[7],b[7],b[7],b[7],b};
else *5<=13'd0; 

reg [13:0] x6;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
 x6<=14'd0;
else if(a[6])
 x6<={b[7],b[7],b[7],b[7],b[7],b[7],b};
else *6<=14'd0;

reg [14:0] x7;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
 x7<=15'd0;
else if(a[6])
 x7<={b[7],b[7],b[7],b[7],b[7],b[7],b[7],b};
else *7<=15'd0;
// 第一流水
reg [9:0] y1;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
 y1<=10'd0;
else
 y1<=x0+x1;
 
reg [11:0] y2;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
 y2<=12'd0;
else
 y2<=x2+x3;
 
 reg [13:0] y3;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
 y3<=14'd0;
else
 y3<=x4+x5;
 
  reg [15:0] y4;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
 y4<=16'd0;
else
 y4<=x6+x7;
// 第二流水
reg [12:0] z1;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
 z1<=13'd0;
else
 z1<=y1+y2;

reg [15:0] z2;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
 z2<=16'd0;
else
 z2<=y3+y4;
 // 第三流水
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
 C<=16'd0;
else
 C<=z1+z2;
 
endmodule

RTL 视图

资源使用

速率

这里仅仅是一个例子，乘法器还有很多其他的实现算法，具体应用什么样的还要看实际情况。“解放思想”的同时还需要“实事求是”，哈哈