FPGA与DSP协同处理系统设计之：典型实例-FPGA片上硬件乘法器的使用

11.5典型实例20：FPGA片上硬件乘法器的使用

11.5.1实例的内容及目标

1．实例的主要内容

在FPGA+DSP系统设计系统中，FPGA经常作为DSP的协处理器来辅助完成一些计算任务。而这些计算工作中最消耗时间的就是乘法运算，因此本实例的主要内容就是帮助读者学会调用硬件乘法IP核。

2．实例目标

通过本实例，读者应达到以下目标。

·了解硬件乘法器对算法的加速作用。

·掌握FPGA片上硬件乘法器IP的调用方法。

11.5.2硬件乘法IP的使用方法

1．生成硬件乘法器

如图11.12所示，在“NewSource”里面选择“IP（CoreGenArchitectureWizard）”，在右边的文件名里面输入“multiply”，单击“Next”按钮，打开如图11.13所示的IP核类型选择对话框。

图11.12新建IP核文件

图11.13新建乘法器IP核

在IP核类型选择界面里面选择MathFunctions→Multipliers→Multiplierv7.0，单击“Next”按钮，打开乘法器IP核生成向导，如图11.14所示。

图11.14乘法器生成向导

在上面对话框里，“ComponentName”是要生成的模块的名称。“Parallel”和“Sequential”两个选项是用来选择乘法器模式的，选择并行结构可以加快乘法器的速度，但是同时要多占用一些资源。选择“Constant”选项我们会发现乘法器的B输入端口被屏蔽掉了，这时B将作为一个固定输入。

如果不选择“Constant”选项，可以在下面的乘法器结构框里面选择乘法器使用的资源种类，选择“UseLUTs”将使用片上存储器资源，选择“Use18*18MultiplierBlocks”将使用FPGA自带的DSP模块。“Virtex-IIMultiplierOptimization”框里面的选项只有在使用Virtex-II族器件的时候才能使用。

前面选择了Constant选项，在这个对话框里面就要对乘法器的B输入进行设置，在ConstantValue后面输入B端口输入的数值（十进制），如图11.15所示。

在如图11.16所示的对话框里面设置输入口A的位宽和形式。

在如图11.17所示的对话框里面设置输出口的位宽和是否使用寄存器（使用输出寄存器的时候由Q口输出，不使用输出寄存器的时候由O口输出）。

在如图11.18所示的对话框里面选择“MinimumPipelining”可以看见在最下面的“Information”框里面的输出延迟达到最小为1。在“RegisterOption”栏里面可以设置同步复位，异步复位和时钟使能。

图11.15设置端口B参数

图11.16设置端口A参数

图11.17设置输出端口

图11.18其他参数设置

配置完成以后单击“Generate”按钮就可以生成乘法器了。

2．使用硬件乘法器

本实例以一个IIR数字滤波的设计为例来演示硬件乘法器的使用方法。直接打开实例的工程文件，如图11.19所示。其中IIR.v是IIR滤波器的设计文件，test.tbw为测试文件。

图11.19IIR数字滤波器工程目录

在IIR.v的文件中，可以看到硬件乘法器的调用方法。

reg[12:0]x1,x2,x3;//定义乘数a

reg[12:0]y1,y2,y3;

reg[12:0]q1,q2,q3;

wire[25:0]mul[10:1];//定义乘法的输出结果

multiplym0（.clk（clk）,.a（x1）,.o（mul[1]））;//乘法器的调用，输入为a，输出为o

multiplym1（.clk（clk）,.a（x2）,.o（mul[2]））;

multiplym2（.clk（clk）,.a（x3）,.o（mul[3]））;

multiplym3（.clk（clk）,.a（y1）,.o（mul[4]））;

multiplym4（.clk（clk）,.a（y2）,.o（mul[5]））;

multiplym5（.clk（clk）,.a（y1）,.o（mul[6]））;

multiplym6（.clk（clk）,.a（y2）,.o（mul[7]））;

multiplym7（.clk（clk）,.a（y3）,.o（mul[8]））;

multiplym8（.clk（clk）,.a（q1）,.o（mul[9]））;

multiplym9（.clk（clk）,.a（q2）,.o（mul[10]））;

运行仿真后，可以得到输出结果如图11.20所示。

图11.20IIR数字滤波器仿真结果

11.5.3小结

本节对生成和使用FPGA的片上硬件乘法器IP核的方法做了介绍，并通过编译下载在红色飓风的开发板上实现了预定功能。