verilog实现乘法器

verilog实现乘法器

以下介绍两种实现乘法器的方法：串行乘法器和流水线乘法器。

1）串行乘法器

两个N位二进制数x、y的乘积用简单的方法计算就是利用移位操作来实现。

其框图如下：



其状态图如下：



其实现的代码如下：

module multi_CX(clk, x, y, result);

02

03	input clk;

04	input [7:0] x, y;

05	output [15:0] result;

06

07	reg [15:0] result;

08

09	parameter s0 = 0, s1 = 1, s2 = 2;

10	reg [2:0] count = 0;

11	reg [1:0] state = 0;

12	reg [15:0] P, T;

13	reg [7:0] y_reg;

14

15	always @( posedge clk) begin

16	case (state)

17

s0: begin

18	count <= 0;

19

P <= 0;

20	y_reg <= y;

21	T <= {{8{ 1'b0 }}, x};

22	state <= s1;

23

end

24

s1: begin

25	if (count == 3'b111 )

26	state <= s2;

27	else begin

28	if (y_reg[0] == 1'b1 )

29	P <= P + T;

30

else

31

P <= P;

32	y_reg <= y_reg >> 1;

33	T <= T << 1;

34	count <= count + 1;

35	state <= s1;

36

end

37

end

38

s2: begin

39	result <= P;

40	state <= s0;

41

end

42	default : ;

43

endcase

44

end

45

46

endmodule

缺点：乘法功能是正确的，但计算一次乘法需要8个周期，因此可以看出串行乘法器速度比较慢、时延大。

优点：该乘法器所占用的资源是所有类型乘法器中最少的，在低速的信号处理中有广泛的使用。

2）流水线乘法器

一般的快速乘法器通常采用逐位并行的迭代阵列结构，将每个操作数的N位都并行地提交给乘法器。但是一般对于FPGA来讲，进位的速度快于加法的速度，这种阵列结构并不是最优的。所以可以采用多级流水线的形式，将相邻的两个部分乘积结果再加到最终的输出乘积上，即排成一个二叉树形式的结构，这样对于N位乘法器需要log2(N)级来实现，

一个8位乘法器，其原理图如下图所示:



其实现的代码如下：

module multi_4bits_pipelining(mul_a, mul_b, clk, rst_n, mul_out);

input [3:0] mul_a, mul_b;

input clk;

input rst_n;

output [15:0] mul_out;

reg [15:0] mul_out;

reg [15:0] stored0;

reg [15:0] stored1;

reg [15:0] stored2;

reg [15:0] stored3;

reg [15:0] stored4;

reg [15:0] stored5;

reg [15:0] stored6;

reg [15:0] stored7;

reg [15:0] mul_out01;

reg [15:0] mul_out23;

reg [15:0] add01;

reg [15:0] add23;

reg [15:0] add45;

reg [15:0] add67;

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

if(!rst_n) begin

mul_out <= 0;

stored0 <= 0;

stored1 <= 0;

stored2 <= 0;

stored3 <= 0;

stored4 <= 0;

stored5 <= 0;

stored6 <= 0;

stored7 <= 0;

add01 <= 0;

add23 <= 0;

add45 <= 0;

add67 <= 0;

end

else begin

stored0 <= mul_b[0]? {8'b0, mul_a} : 16'b0;

stored1 <= mul_b[1]? {7'b0, mul_a, 1'b0} : 16'b0;

stored2 <= mul_b[2]? {6'b0, mul_a, 2'b0} : 16'b0;

stored3 <= mul_b[3]? {5'b0, mul_a, 3'b0} : 16'b0;

stored4 <= mul_b[0]? {4'b0, mul_a, 4'b0} : 16'b0;

stored5 <= mul_b[1]? {3'b0, mul_a, 5'b0} : 16'b0;

stored6 <= mul_b[2]? {2'b0, mul_a, 6'b0} : 16'b0;

stored7 <= mul_b[3]? {1'b0, mul_a, 7'b0} : 16'b0;

add01 <= stored1 + stored0;

add23 <= stored3 + stored2;

add45 <= stored5 + stored4;

add67 <= stored7 + stored6;

mul_out01 <= add01 + add23;

mul_out23 <= add45 + add67;

mul_out <= mul_out01 + mul_out23;

end

end

endmodule

流水线乘法器比串行乘法器的速度快很多很多，在非高速的信号处理中有广泛的应用。至于高速信号的乘法一般需要利用FPGA芯片中内嵌的硬核DSP单元来实现。

注：本文大部分内容转自http://www.cnblogs.com/shengansong/archive/2011/05/23/2054401.html。