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数字IC前端https://blog.csdn.net/weixin_45791458/category_12173698.html?spm1001.2014.3001.5482 阵列乘法器设计中限制乘法器速度的是随着数据位宽而迅速增大的串行进位链#xff0c;如果使用进位保留加法器#xff0c;则可以避免在设计中引入较长时间的等待1001.2014.3001.5482 阵列乘法器设计中限制乘法器速度的是随着数据位宽而迅速增大的串行进位链如果使用进位保留加法器则可以避免在设计中引入较长时间的等待即可以将两、三个数相加时不同比特位的加法割裂开使进位得到保留而不是立刻将进位传递给更高位运算进位保留加法器的结构如图1所示。
图1 进位保留乘法器 其实进位保留加法器和普通全加器的内部结构一模一样但不同的是对于进位的处理普通的全加器接受两位加数和一位进位输出一位和以及一位进位。而保留进位加法器接受三位加数的输入输出两位具体的转换如图2所示。
图2 全加器和保留进位加法器的转换 使用保留进位加法器组成多位加法器时本文采用了与传统串行进位加法器不同的设计方案不是将多个全加器首尾相连方式串行传播进位信号而是多个保留进位加法器并行输出因为这种保留进位加法器输入三位输出两位所以也把它叫做3-2压缩器3-2 compressor。 进位保留乘法器的结构图如图3所示可以看到与之前的阵列乘法器相比进位保留乘法器对于输出的进位并不将其传递给本级的高位加法器而是传递给下一级的高位乘法器在最后一级使用一个被称为向量合并加法器图中用绿色框出的模块来处理最后的两个多位二进制数。向量合并加法器可以选择普通的串行进位加法器或者超前进位加法器还可以是其他高效的加法器。四位进位保留加法器的资源规划如表1所示。
图3 进位保留乘法器结构 表4-1 无符号4位二进制乘法规划 A3 B3 A2 B2 A1 B1 A0 B0 被乘数 乘数 资源配置 A3B1 A3B0 A2B1 A2B0 A1B1 A1B0 A0B1 A0B0 部分积0 部分积1 上级进位 第1行加法器 C13 A3B2 S13 A2B2 C12 S12 A1B2 C11 S11 A0B2 C10 S10 S00 第1行和 部分积2 上级进位 第2行乘法器 C23 A3B3 S23 A2B3 C22 S22 A1B3 C21 S21 A0B3 C20 S20 第2行和 部分积3 上级进位 第3行乘法器 C33 S33 S32 S31 S30 第3行和 向量合并加法器 C32 C31 C30 第3行和 具体的Verilog代码实现见附录Modelsim软件仿真截图如图4所示。使用Synopsis的综合工具Design Compiler综合的结果如图5所示综合使用了0.13μm工艺库。
图4 进位保留乘法器仿真结果 图5 进位保留乘法器综合结果 在Design Compiler中使用report_timing命令可以得到关键路径的延迟如图6所示。使用report_area命令报告所设计电路的面积占用情况如图7所示。
图6 关键路径报告
图7 面积报告 进位保留乘法器的Verilog代码如下所示。 module Carry_save_multiplier(input [3:0]A,B,output[7:0]Sum);wire [3:0]partial_product[3:0];//产生部分积assign partial_product[0]B[0]?A:0;assign partial_product[1]B[1]?A:0;assign partial_product[2]B[2]?A:0;assign partial_product[3]B[3]?A:0;//中间进位wire C10,C11,C12,C13;wire C20,C21,C22,C23;wire C30,C31,C32,C33;//中间和wire S11,S12,S13;wire S21,S22,S23;wire S31,S32,S33;//第一行加法器assign Sum[0]partial_product[0][0];Adder_half Adder_half_0(partial_product[0][1],partial_product[1] [0],Sum[1],C10);Adder_half Adder_half_1(partial_product[0][2],partial_product[1][1],S11,C11);Adder_half Adder_half_2(partial_product[0][3],partial_product[1][2],S12,C12);Adder_half Adder_half_3(partial_product[1][3],1b0,S13,C13);//第二行乘法器Adder Adder_1(S11,partial_product[2][0],C10,Sum[2],C20);Adder Adder_2(S12,partial_product[2][1],C11,S21,C21);Adder Adder_3(S13,partial_product[2][2],C12,S22,C22);Adder_half Adder_half_4(C13,partial_product[2][3],S23,C23);//第三行加法器Adder Adder_4(S21,partial_product[3][0],C20,Sum[3],C30);Adder Adder_5(S22,partial_product[3][1],C21,S31,C31);Adder Adder_6(S23,partial_product[3][2],C22,S32,C32);Adder_half Adder_half_5(C23,partial_product[3][3],S33,C33);//向量合并加法器assign Sum[7:4]{C33,S33,S32,S31}{1b0,C32,C31,C30};endmodulemodule Adder (input Mult1,input Mult2,input I_carry,output Res,output Carry
);assign Res Mult1 ^ Mult2 ^ I_carry;assign Carry (Mult1 Mult2) | ((Mult1 ^ Mult2) I_carry);endmodulemodule Adder_half (input Mult1,input Mult2,output Res,output Carry
);assign Res Mult1 ^ Mult2;assign Carry Mult1 Mult2;
endmodule
