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FPGA的语言和举例

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发表于 2022-3-30 09:55 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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x

) ?; f) I+ B9 J0 }/ J% @7 I/ Wtalk is cheap,show you code!
6 ]. a% l9 `" _% `7 h) u) u( g
( x6 _( V( T1 s* m1 e下面我们举一个例子来讲解9 z; s" I# q/ j: C" |; {

6 W1 V3 J6 G5 W- _5 `5 _下面我们用verilog实现超前进位加法器:
- j; z! I, Y7 M6 s* G5 J. H
! R9 o9 g) a8 T5 o' F例1:超前进位信号的产生原理* I' v4 v% [9 E+ |) _
ab = 1 --> co = 1
3 ~. q) M, W6 Z* O- Da + b = 1,且ci = 1 --> co =1% Q7 U! V: A* _/ r
两位多位数中第i位相加产生的进位输出co(i)可以表示位
1 [9 d9 Y1 S: p2 p
: q8 u3 s, u( S( e9 K  P; C; |5 tcoi=aibi+(ai+bi)(cii)
* e  \! _0 E' L: `0 {% A$ }从全加器的真值表写出第i位和s(i)的逻辑式:
. y* Y8 Y. a  o: k6 Qsi=aibi′cii′+ai′bicii′+ai′bi′cii+(ai+bi)cii
8 j- P3 q, e5 L4 Y. e上式变换位异或函数位:* w% f. @( C5 L+ a
si=ai⊕bi⊕cii% W  S# B* M+ d( \5 {1 Z

% p$ g0 u& v* M$ A$ F
- r) C# R- R$ r+ ?7 J4 t  L代码:9 T- P7 ?: ]2 U
6 K$ J( J; E3 p
module carry_look_aheadadder(. {+ E- K3 L( N$ Y$ C0 K
                             output     [3:0]   s,
1 p. w8 S5 S* x6 H$ f                             output             co,
( Z% Q+ o: z/ y0 b                             input      [3:0]   a,
( P7 l$ J2 L! V' ?% a9 @( s9 n/ _                             input      [3:0]   b,5 V9 h5 F6 v1 U3 t1 {4 l
                             input              ci
1 }& V6 B" q, S/ q. g8 ]1 Y6 Q8 y                             );9 h7 c9 a8 |; W- |3 y! ]1 A
wire  [3:0]    co_tmp;
& ~$ H& P- A  ]wire  [3:0]    cin;
! ~2 t+ r/ J0 c7 l; O
- E; O; u; V; e  l/ F+ W# q/ E7 hassign  cin[3:0]  = {co_tmp[2:0],ci};
5 e3 }& C1 W. [
& @. ]& c. A# Q//计算中间进位
8 ?" f0 Y8 Y# F& Aassign  co_tmp[0] = a[0]&b[0] || (a[0] || b[0])&(cin[0]);5 F4 u5 @- B/ N3 T' `5 c" H& _
assign  co_tmp[1] = a[1]&b[1] || (a[1] || b[1])&(cin[1]);
. F  D; `% |& X% T, Eassign  co_tmp[2] = a[2]&b[2] || (a[2] || b[2])&(cin[2]);4 B7 w/ K3 D) x+ b' }1 Y
assign  co_tmp[3] = a[3]&b[3] || (a[3] || b[3])&(cin[3]);
, x8 d% C+ A  Q' g' v' a" ^- }/ h- O8 Y: {0 g4 m% e1 |
//计算和9 r$ I* |# _6 d) l7 J+ b
assign s[0] = a[0] ^ b[0] ^ cin[0];- K9 Q& Z- I3 ?4 C/ R
assign s[1] = a[1] ^ b[1] ^ cin[1];4 T6 o. m8 W( |6 @' F3 l
assign s[2] = a[2] ^ b[2] ^ cin[2];
- y$ g, g8 p( ^6 t! S5 Sassign s[3] = a[3] ^ b[3] ^ cin[3];
- l. C! f- `. l) c3 S- P6 D3 Y" X+ I! W. o: G; [( i
assign co = co_tmp[3];
4 y5 v- H+ o4 J5 e' B6 K8 p5 Jendmodule3 D. b* d3 t2 j* A# v
module carry_look_aheadadder_tb;6 ^: ]3 h, ~7 @  A9 I
wire      [3:0]       s;& m. e) Z3 b, Y( V( M
wire                  co;- C9 P, Z5 T. B- u# {" p
reg       [3:0]       a;% r# x0 O2 G# w  z4 v9 W7 R+ M
reg       [3:0]       b;
, F& C/ S, e* T! Sreg                   ci;6 \) E  V. m- m' R7 x. w
9 r& \5 X; y3 y' m5 x2 T8 N
initial
  l/ S8 ]/ x0 \( Z, Y$ E* f& [begin0 F# c: v9 H) T( A" D  h0 y) a
          a = 4'b0000; b = 4'b0000; ci = 0;
8 L. H; l& k+ C& [5 _    #10   a = 4'b1111; b = 4'b1111; ci = 0; 1 F- r& C+ V: S9 s# p. K9 @
    #10   a = 4'b1100; b = 4'b1001; ci = 0; ! E2 H5 u3 w! w
    #10   a = 4'b0111; b = 4'b0110; ci = 0; % E' R- G4 f: K
    #10   a = 4'b0101; b = 4'b0101; ci = 1; 4 c/ ]; d1 v. r& o+ c9 Z2 J6 H
    #10   a = 4'b1110; b = 4'b1001; ci = 1;
- k. a" M$ s$ g. M    #10   a = 4'b0010; b = 4'b0110; ci = 1; $ A" T9 |& d0 O/ w
    #10   a = 4'b0110; b = 4'b1100; ci = 1; ; `' N" _3 d' i5 R/ `4 s
    #10   $finish;; K1 h" Q- B3 T6 H
end
1 P0 t, G+ ^; Y5 g3 F% |6 z/ v3 k" [) @+ N0 @4 r/ u
initial begin
1 _3 ?1 ]7 `, G3 ]+ p/ {2 v  $fsdbDumpfile("test.fsdb");
6 Q) m% i9 f- H+ O9 D% Z  S/ C  $fsdbDumpvars();
$ f) ?' Y$ e; G+ K8 O9 K0 dend
% a" M/ K, X& o0 u) [' K1 V+ C' i1 L
carry_look_aheadadder u_carry_look_aheadadder(
, L! a8 d* `3 t$ `5 ^( W* E; D* _                                              .s(s),$ k* @7 J7 H) Y  F0 m' k
                                              .co(co),% _4 h2 w+ {) [7 Q8 t% c* z
                                              .a(a),; T6 b/ t, T2 b% z9 K/ F4 ]
                                              .b(b),
, T# P# F8 l( `3 G' D                                              .ci(ci)& ~0 j, j2 V% r9 s. @
                                              );; I* N0 W4 [$ @, [4 ?
" s( y- f) o% \1 J5 q7 U4 J
endmodule
: s. G5 w, G7 h. b, g( l8 J9 a" C$ F

0 _# ?" I5 n$ ]& m结果:
( t6 V* y4 N! }- q& c , E8 @& E6 E& n& M& Q# c$ S3 d2 a

: Z# E4 ]) z9 Q( T5 G
0 }2 U7 N, t0 \! f2 I& r
* ]4 n# ?  c; {8 W + F5 b5 _; b9 ?+ b' g1 ?7 E# K
0 ]1 k9 e" d9 R2 X. T
可以看到,这个和一般的高级语言差别比较大。7 r' J( Q) x* a& e8 N# c
4 G! p9 \+ r- g5 L2 Y+ i
学习FPGA必须有过硬的硬件电路基础。
- w. ~4 |, L2 A# J  ~! S8 L/ R) y' I
例2:$ }/ [# P9 W1 i0 z( `- h8 A2 k$ w
- B$ U& K. ^' Z0 F9 d2 l: o8 K- S

, O7 P( G; @5 g$ X3 X8 `* h9 [4 L% @, c" Y, Y* ~
上述为lattice的一款FPGA架构,你可以把它想象成一块放满电子元件的硬件电路板,图中“电路板”上的元件有IIC和SPI硬核接口“器件”,有NVCM程序存储“器件”,有RAM数据存储“器件”,还有最小单元的LUT(查找表)器件。+ l  x8 t" Z3 L1 k

7 }4 @" D4 ]* e4 c6 D) P( k! o一般FPGA工程师会使用硬件描述语言Verilog或者VHDL对FPGA进行“编程”,之后,再经过厂家提供的FPGA开发工具(Diamond或Radiant、vivado)的综合、布局、布线,会产生bit文件或bin文件。5 ~) Y% ~! P: K
9 r" m  K) e, K/ d9 P* G
如果工程师将最终产生的bit文件或bin文件下载到FPGA中,就相当于一位硬件工程师,在FPGA芯片这块已经放置了“元件”的“电路板”上,进行了布线操作。(也就是把毫无关联的与器件,用铜线连接起来)
& v( V% r1 D2 |( O  y- F7 @7 S& j- t5 W5 z
下载程序后的FPGA,我们就不能简单称之为“电路板”了。
" G# ]: z+ P% d" H$ U- u. l) o1 y; l& C8 K5 V1 B5 ^
举个例子,FPGA实现的功能是SPI转并口,那么这块FPGA就可以称为“spi接口转换板”。" Y2 O0 s; S$ o7 A8 Q1 V

# [. N5 Q3 D8 P/ }* V& i! h! t当然,FPGA和“电路板”终究是不同的,FPGA可以进行重复编程,相当于一块可以反复布线的电路板。
8 _' A! f9 c5 E/ v2 C

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发表于 2022-3-30 11:27 | 只看该作者
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发表于 2022-3-30 14:20 | 只看该作者
用verilog实现超前进位加法器
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