原创 小梅哥和你一起深入学习FPGA之altera浮点IP核的仿真使用

近期小梅哥的项 目要使用到整型数据转浮点型数据，将16位的整数转换为单精度浮点数（32bit）。本打算自己写逻辑实现的，不过考虑到本身项目时间紧，能力也有限，就 没有贸然行事。再说了，Quartus II软件中也给我们免费提供了专用的浮点转换IP。因此就直接使用该IP核来进行设计。

通过阅读Altera提供的Floating-Point IP Cores User Guide中相关章节，了解到该浮点IP包含以下功能：

整型转浮点（Integer-to-Float）；

浮点转整型（Float-to-Integer）；

浮点转浮点（Float-to-Float）；

定点转浮点（Fixed-to-Float）；

浮点转定点（Float-to-Fixed）。

本次我的项目需要使用到的功能为定点转浮点类型。因此这里只记录定点转浮点功能的测试。

小梅哥使用的是Quartus II13.0的软件，这里先介绍如何在Quartus II工程中调用添加ALTFP_CONVERT的IP核。

1、打开兆功能核向导：

2、在向导中选择新建一个用户兆功能核并点击next：

3、在Arithmetic（1）下选择ALTFP_CONVERT（2）核，并选择生成语言为Verilog（3），给IP核命一个名字（4），然后点击next（5）：

4、等待大约20秒左右，打开浮点IP核的参数配置选项卡，在选项卡中，Operationmode选择An integer to a floating point（1），Integer data选择32bits（2），然后点击next：

5、设置output floating point Setting为single precision（32bits）（1），然后点击next：

6、为模块添加一个异步清零信号（1），当然这里如果不添加这个信号一般情况下使用也没有问题，勾选后点击next：

7、仿真模式设置界面，这里不需要勾选生成网表，因此直接点击next即可。

8、点击finish即可完成IP核的生成。

9、在Quartus II工程中，添加此IP核 的qip文件（fpconvert.qip）到工程中来。

10、将fpconvert.v文件设置为工程顶层文件：

11、为该IP核编写testbench文件，这里暂时不进行全面覆盖的仿真测试，只是随机取几个值进行转换，并查看仿真结果，testbench代码如下所示：

01 `timescale 1ns/1ns

02

03 module tb;

04

05 reg aclr;

06 reg clock;

07 wire [31:0] dataa;

08 wire [31:0] result;

09

10 reg [15:0]data;

11

12 fpconvert fpconvert(

13 aclr,

14 clock,

15 dataa,

16 result

17 );

18

19 initial clock = 1;

20 always #10 clock = ~clock;

21

22 assign dataa = data[15] {16'hffff,data}:{16'h0000,data};

23

24 initial begin

25 aclr = 1'b1;

26 #50;

27 aclr = 1'b0;

28 data = 32'd0;

29 #100;

30 begin

31 data = 128;

32 #200;

33 data = -128;

34 #200;

35 data = 3456;

36 #200;

37 data = -3456;

38 #200;

39 end

40 $stop;

41 end

42

43 endmodule

44

由于在实际 使用中我们的输入数据为16位的有符号整型数，而该IP核的输入为固定的32位整型数，因此需要进行16位有符号数到32位有符号数之间的转换。转换代码 如第22行所示。16位的有符号整型数，其最高位为符号位即data[15]，而在32位的有符号整型数中，也是最高位为符号位，即dataa[31]。 因此，如果直接将16位的有符号数据输入到32位的有符号整型数据端口，则势必会发生错误，因此，这里根据data的符号位data[15]的值来对 dataa的 高16位进行补全操作，若data[15]为1，则将dataa[31:16]全部填1，若data[15]为0，则将dataa[31:16]全部填0 即可。

使用以上testbench对该IP核的仿真结果如下图所示：（点击图片可查看高清原图哦）

这里，通过仿真， 对Altera提供的浮点数据转换IP核的性能进行了测试验证。同时，Altera还提供了很多其它好用的浮点IP，我们都可以通过仿真方式来对其进行功 能的验证和性能的分析。一转眼，小梅哥已经半年没有在EDNChina上写过博客了。时隔半年，再来发文，希望大家能够给我多多鼓励，让我继续坚持下去。