第13章算術(shù)庫

1、第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 第第13章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 13.1 比較器模塊比較器模塊 13.2 計數(shù)器模塊計數(shù)器模塊 13.3 差分模塊差分模塊 13.4 除法模塊除法模塊 13.5 增益模塊增益模塊 13.6 遞增遞減模塊遞增遞減模塊 13.7 乘法累加模塊乘法累加模塊 第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 13.1 比較器模塊比較器模塊 比較器模塊(Comparator Block)的功能是比較兩個Simulink信號，而后返回一個標(biāo)志位。此模塊自動識別輸入數(shù)據(jù)的類型(如有符號二進(jìn)制數(shù)或無符號整數(shù)等)。表13-1給出了比較器模塊的參數(shù)說明。 圖13-1是一個使用了比較器模塊的設(shè)計實(shí)例。 第

2、第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 表13-1 比較器模塊參數(shù)說明名 稱比較條件表達(dá)式說 明Operatora = = b , a = b , a ba = b , a b表示在兩個數(shù)據(jù)總線上需要完成的操作方式第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 圖圖13-1 Comparator Block實(shí)例實(shí)例第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 13.2 計數(shù)器模塊計數(shù)器模塊 計數(shù)器模塊(Counter Block)是一個加減計數(shù)器，表13-2是此模塊的參數(shù)表。第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 表13-2 計數(shù)器模塊參數(shù)說明名 稱數(shù)值和選項(xiàng)說 明Bus typeSigned Integer, Signed Fractio

3、nalUnsigned Integer設(shè)定用于計數(shù)器的總線的數(shù)據(jù)格式number of bits. 151選擇小數(shù)點(diǎn)左側(cè)的計數(shù)位數(shù) . number of bits051選擇小數(shù)點(diǎn)右側(cè)的位數(shù)，此選擇中，如果不是選為有符號小數(shù)，右側(cè)的數(shù)應(yīng)為0Count ModuloUser Defined設(shè)定計數(shù)周期，即設(shè)多少進(jìn)制計數(shù)方式第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 13.3 差分模塊差分模塊 差分模塊(Differentiator Block)是一個有符號整數(shù)差分器，此模塊可用于DSP功能塊中，如CIC濾波器。表13-3給出了此模塊的參數(shù)說明。第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 表13-3 差分模塊參數(shù)說明名

4、稱數(shù) 值說 明Number of Bits251設(shè)置二進(jìn)制位數(shù)第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 13.4 除除 法法 模模 塊塊 除法模塊(Divider Block)接受除數(shù)和被除數(shù)，然后計算出它們的商和余數(shù)。其中除數(shù)、被除數(shù)、商和余數(shù)的數(shù)據(jù)位寬類型是相同的。圖13-2是一個使用了除法模塊的設(shè)計實(shí)例。表13-4是此模塊的參數(shù)表。第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 圖13-2 除法模塊使用實(shí)例 第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 表13-4 除法模塊參數(shù)說明名 稱數(shù)值和選項(xiàng)說 明Bus typeSigned Integer, Signed FractionalUnsigned Integer指定用于除法

5、器的總線的位寬格式number of bits. 151選擇小數(shù)點(diǎn)左側(cè)的位數(shù) .number of bits051選擇小數(shù)點(diǎn)右側(cè)的位數(shù)只有選擇了有符號小數(shù)時才能作此選擇PipelineOn或Off當(dāng)選擇“On”將增加一級流水線，以增加數(shù)據(jù)的吞吐量第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 13.5 增增 益益 模模 塊塊 增益模塊(Gain Block)的輸出等于輸入信號乘上一個給定的增益因子。對于引入的增益模塊必須在增益參數(shù)表中設(shè)定一個數(shù)值，要求輸入信號值與增益因子都必須是標(biāo)量。 注意：可以在Simulink環(huán)境設(shè)計中引入增益模塊，但此模塊只能用于仿真，SignalCompiler無法將其轉(zhuǎn)化為VHDL

6、。表13-5是此模塊的參數(shù)表。 圖13-3是一個使用了Gain 模塊的實(shí)例。 第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 表13-5 增益模塊的參數(shù)說明 名 稱數(shù)值與選項(xiàng)說 明Gain ValueUser Defined由用戶設(shè)定增益值，數(shù)值類型是十進(jìn)制數(shù)，此數(shù)將對應(yīng)總線的數(shù)據(jù)格式Map Gain Value to Bus TypeSigned IntegerS i g n e d FractionalU n s i g n e d Integer將設(shè)定的Gain Value轉(zhuǎn)成格式與But對應(yīng)Gain Value number of bits. 151增益值選擇小數(shù)點(diǎn)以左的位數(shù)，包括增益值的符號位第第1

7、313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 . Gain Value number of bits051增益值選擇小數(shù)點(diǎn)以右的位數(shù)。注意，當(dāng)選中“Signed Fractional”選項(xiàng)后才能作以上選擇Number of Pipeline Levels04設(shè)定流水線延時Use LPMOn或Off此參數(shù)選擇可用于綜合。當(dāng)打開“Use LPM”選項(xiàng)時，增益模塊就被映射于LPM庫中的LPM_MULT功能塊，于是VHDL綜合器就能調(diào)用Altera的LPM_MULT功能塊了Use Control InputsOn或Off提示用戶是否要使用另加的輸入控制信號(如時鐘使能和復(fù)位信號等)。注意，只有當(dāng)設(shè)置“Number of

8、Pipeline Levels”大于1時才能作此選擇第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 名 稱數(shù)值與選項(xiàng)說 明Clock Phase SelectionUser Defined相位選擇。只有當(dāng)“Number of Pipeline Levels”的設(shè)置大于1時才能有此選項(xiàng)。這里所選的相位值以一個二進(jìn)制數(shù)來表達(dá)。二進(jìn)制中的1表示在此相位中的模塊被使能。例如，二進(jìn)制數(shù)：1：表示模塊始終使能，所有的數(shù)據(jù)都可通過此模塊10：表示每隔一個相位模塊被使能一次，而只有此時數(shù)據(jù)才能被通過0100：此模塊在4個相位數(shù)中的第2相位數(shù)輸出時才被使能，并且只有在此時數(shù)據(jù)才能通過。換句話說，在第1、3、4位數(shù)出現(xiàn)時，數(shù)據(jù)無

9、法通過此模塊第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 圖圖13-3 使用使用Gain 模塊的電路模塊的電路第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 13.6 遞增遞減模塊遞增遞減模塊 遞增遞減模塊(Increment Decrement Block)產(chǎn)生一個順時計數(shù)序列，其輸出可以是有符號整數(shù)、無符號整數(shù)、有符號二進(jìn)制小數(shù)。對于所有的數(shù)據(jù)類型，計數(shù)序列都是在最低位LSB遞增或遞減1。表13-6就是這種模塊的參數(shù)表。模塊有一個時鐘相位選擇控制項(xiàng)，具體說明如表13-6所述。第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 表13-6 遞增遞減模塊參數(shù)說明名 稱數(shù)值與選項(xiàng)說 明Bus TypeSigned IntegerSigned F

10、ractionalUnsigned Integer選擇用于總線的數(shù)據(jù)格式(類型) n u m b e r o f bits. 151選擇小數(shù)點(diǎn)以左的二進(jìn)制數(shù)位，包括符號位 . number of bits051選擇小數(shù)點(diǎn)以右的二進(jìn)制數(shù)位。注意，這項(xiàng)選擇只有選了“Signed Fractional”后才存在第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 DirectionI n c r e m e n t o r Decrement選擇加法或減法計數(shù)Starting ValueUser Defined輸入計數(shù)初始值U s e C o n t r o l InputsOn 或 Off選“On”表示使用另加的控制輸

11、入信號，如時鐘使能或復(fù)位等C l o c k P h a s e SelectionUser Defined相位選擇只有當(dāng)“Number of Pipeline Levels”的設(shè)置大于1時才能有此選項(xiàng)。這里所選的相位值以一個二進(jìn)制數(shù)來表達(dá)。二進(jìn)制中的1表示在此相位中的模塊被使能。此選項(xiàng)的功能示例可參考表13-5第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 圖13-4是一個使用了遞增遞減模塊的示例。圖圖13-4 Increment or Decrement應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 13.7 乘法累加模塊乘法累加模塊 乘法累加模塊(Multiply Accumulate Block)是由

12、一個乘法器和一個累加器構(gòu)成的模塊。其輸入的數(shù)據(jù)類型可以是有符號整數(shù)、無符號整數(shù)、有符號二進(jìn)制小數(shù)。表13-7是此模塊的參數(shù)表。第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 表13-7 乘法累加模塊參數(shù)說明名 稱數(shù)值與選項(xiàng)說 明Bus TypeSigned IntegerS i g n e d FractionalU n s i g n e d Integer選擇用于總線的數(shù)據(jù)格式(類型)Input A number of bits. 151選擇小數(shù)點(diǎn)以左的二進(jìn)制數(shù)位，包括符號位Input A . number of bits051選擇小數(shù)點(diǎn)以右的二進(jìn)制數(shù)位。注意，這 項(xiàng) 選 擇 只 有 在 選 了 “ S

13、i g n e d Fractional”后才存在Input B number of bits. 151選擇小數(shù)點(diǎn)以左的二進(jìn)制數(shù)位，包括符號位第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 Input B . number of bits051選擇小數(shù)點(diǎn)以右的二進(jìn)制數(shù)位。注意，這 項(xiàng) 選 擇 只 有 在 選 了 “ S i g n e d Fractional”后才存在DirectionIncrement orDecrement選擇加法或減法計數(shù)Output Result Bits151選擇輸出的位數(shù)Pipeline RegisterNone, Data InputsM u l t i p l i e r O

14、utputData Inputs andMultiplier確定是否要將流水線方式加到數(shù)據(jù)的輸入端或/和乘法器的輸出端，或兩個端口都不加第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 AccumulatorDirectionAdd, Subtract選擇累加器對乘法器計算出的結(jié)果作加法還是作減法運(yùn)算Use Control InputsOn 或 Off選擇是否使用其它控制信號Create OverflowOutput PortOn 或 Off選擇是否使用累加器的溢出端Use DedicatedCircuitryOn 或 Off如果目標(biāo)器件是Stratix 系列器件，選“On”表示將設(shè)計系統(tǒng)中的功能塊用Strat

15、ix器件中的專用IP宏單元實(shí)現(xiàn)，但若目標(biāo)器件不是Stratix器件，則使用普通的邏輯宏單元實(shí)現(xiàn)第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 圖13-5是一個使用了乘法累加器模塊的設(shè)計實(shí)例。 圖圖13-5 乘法累加器模塊應(yīng)用示例乘法累加器模塊應(yīng)用示例第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 13.8 乘加模塊乘加模塊 乘加模塊(Multiply Add Block)由一個或多個乘法器與一個并行加法器構(gòu)成，其中所有的乘法器的輸出都進(jìn)入加法器中進(jìn)行操作。輸入數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型可以是有符號整數(shù)、無符號整數(shù)、有符號二進(jìn)制小數(shù)。表13-8是此模塊的參數(shù)表。 圖13-6是使用乘加模塊的一個示例。第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 圖圖13

16、-6 使用乘加模塊實(shí)例使用乘加模塊實(shí)例第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 表13-8 乘加模塊參數(shù)說明名 稱數(shù)值與選項(xiàng)說 明N u m b e r o f Multipliers2、3、4選擇饋入加法器的乘法器數(shù)量Bus TypeSigned IntegerSigned FractionalUnsigned Integer選擇用于總線的數(shù)據(jù)格式(類型)Inputs number of bits.151選擇小數(shù)點(diǎn)以左的二進(jìn)制數(shù)位，包括符號位Inputs . number of bits051選擇小數(shù)點(diǎn)以右的二進(jìn)制數(shù)位。注 意 ， 這 項(xiàng) 選 擇 只 有 在 選 了“Signed Fractional

17、”后才存在第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 Adder ModeAdd Add, Add SubSub Add, Sub Sub選擇加法器操作方式Output Result Bits151選擇輸出的位數(shù)Pipeline RegisterNo Register, Inputs OnlyMultiplier Only,Adder OnlyInputs and MultiplierInputs and AdderMultiplier and AdderInputs Multiplier and Adder選擇需要加入流水線結(jié)構(gòu)的諸電路單元第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 名 稱數(shù)值與選項(xiàng)說 明Use C

18、lock EnableOn 或 Off選擇是否使用另加的時鐘控制Use DedicatedCircuitryOn 或 Off如果目標(biāo)器件是Stratix 系列器件，選“On”表示將設(shè)計系統(tǒng)中的功能塊用Stratix器件中的專用IP宏單元實(shí)現(xiàn)。但若目標(biāo)器件不是Stratix器件，則使用普通的邏輯宏單元實(shí)現(xiàn)One Input is ConstantOn 或 Off如果要選擇某一輸入端輸入一常數(shù)，可 選 “ O n ” ， 這 個 選 擇 應(yīng) 當(dāng) 與“Constant Values”參數(shù)項(xiàng)一同選中Constant ValuesUser Defined可由用戶在此欄中輸入一個常數(shù)作為MATLAB數(shù)列。

19、此項(xiàng)只有在選中“One Input is Constant”后才有意義第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 13.9 并行加減法器模塊并行加減法器模塊 并行加減法器模塊(Parallell Adder Subtractor Block)接受任何數(shù)據(jù)類型的輸入數(shù)據(jù)。如果輸入數(shù)據(jù)的位寬不同，則SignalCompiler將對數(shù)據(jù)位進(jìn)行擴(kuò)充使所有輸入數(shù)據(jù)位寬等于原最寬的輸入數(shù)據(jù)寬度，所生成的VHDL設(shè)計中將此結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，平衡加法數(shù)據(jù)通道的位寬。表13-9是此模塊的參數(shù)表。圖13-7是并行加減法模塊的應(yīng)用實(shí)例第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 表13-9 并行加減法器模塊參數(shù)說明名 稱數(shù)值與選項(xiàng)說 明Numb

20、er of Inputs216選擇輸入數(shù)據(jù)的數(shù)目Add (+) Sub (- )User Defined對每一端口，選擇(+)或(-)，規(guī)定作加法或減法操作。如對3個端口的情況，選 + - + ，則 產(chǎn) 生 a b + c 的 操 作 方 式 。 注 意SignalCompiler不接受連續(xù)兩個減號( - )的選擇，但- + - 的方式是正確的PipelineOn或Off若對此項(xiàng)選“On”，則流水線延遲等于Ceil (lb 輸入數(shù) )第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 Use Con t r o l InputsOn或Off選“On”表示使用另加的控制輸入信號，如時鐘使能或復(fù)位等Clock Pha

21、se SelectionUser Defined相位選擇。只有當(dāng)“Number of Pipeline Levels”的設(shè)置大于1時才能有此選項(xiàng)。這里所選的相位值以一個二進(jìn)制數(shù)來表達(dá)。二進(jìn)制中的1表示在此相位中的模塊被使能此選項(xiàng)的功能示例可參考表13-5第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 圖圖13-7 并行加減法器使用電路并行加減法器使用電路第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 13.10 乘積模塊乘積模塊 乘積模塊(Product Block)支持兩個標(biāo)量的輸入(非多維的Simulink信號)。注意，Simulink軟件提供Product模塊，但如果在Simulink環(huán)境中使用Product模塊，只能

22、用于仿真而不能被SignalCompiler轉(zhuǎn)化成VHDL。因此，如果在SignalCompiler工具欄使用Product模塊，只能把它作為一個黑盒子處理，否則將報錯。而這個黑盒子在一定條件下可以用LPM模塊來代替。表13-10是此模塊的參數(shù)表。圖13-8是Product模塊的應(yīng)用實(shí)例。 第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 表13-10 乘積模塊參數(shù)說明名 稱數(shù)值與選項(xiàng)說 明Pipeline04取Pipeline值作為延時Use LPMOn或Off這個參數(shù)的選擇是用于綜合的。當(dāng)選“Use LPM” 為 “On”時，設(shè)計中的Product模塊將映射為LPM_MULT，并從其庫中調(diào)用和綜合；如果選“

23、Off”，VHDL綜合器就使用負(fù)號操作符作Product模塊Use DedicatedM u l t i p l i e r CircuitryOn或Off若選擇“On”，將使適配器對設(shè)計模塊用Mercury或Stratix器件中專用硬件乘法器核來實(shí)現(xiàn)。如果目標(biāo)器件不是上述系列，則此項(xiàng)選擇被忽略第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 U s e C o n t r o l InputsOn或Off選“On”表示使用另加的控制輸入信號，如時鐘使能或復(fù)位等C l o c k P h a s e SelectionUser Defined相位選擇，只有當(dāng)“Number of Pipeline Levels”

24、的設(shè)置大于1時，才能有此選項(xiàng)。這里所選的相位值以一個二進(jìn)制數(shù)來表達(dá)。二進(jìn)制中的1表示在此相位中的模塊被使能。此選項(xiàng)的功能示例可參考表13-5第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 圖圖13-8 Product模塊的應(yīng)用電路示例模塊的應(yīng)用電路示例第第1313章章 算術(shù)庫算術(shù)庫 13.11 其它算術(shù)模塊其它算術(shù)模塊 13.11.1 SOP TAP模塊模塊 SOP TAP模塊的功能是對24階的乘積進(jìn)行相加求和。這個模塊的操作方程如下： 若階數(shù)選擇為2，有q = c0 din ( n ) + c1 din ( n 1 )若階數(shù)選擇為4，有q = c0din ( n ) + c1din ( n 1 ) + c2din ( n 2 ) + c3din ( n 3 )第第1313章