FPGA常用运算模块-乘加器

本文是本系列的第三篇，本文主要介绍FPGA常用运算模块-乘加器，xilinx提供了相关的IP以便于用户进行开发使用。

乘加器

乘加器核提供使用DSP片的乘加实现。 它执行两个操作数的乘法，并将全精度乘积加(或减)到第三个操作数，执行P = C +/- A * B的操作。 乘加器模块对有符号或无符号数据进行操作。 该模块可以流水线化。 支持二补符号和无符号操作。 支持从1到52位无符号或2到53位有符号的乘数输入和从1到105位无符号或2到106位有符号的加减操作数输入。 可选时钟启用和同步清除。

乘加器IP在许多配置中比单独的乘和加操作更有效，因为它使用DSP48原语。 可以在许多应用程序中使用这个IP，特别是那些基于多项式算法的应用程序，如FIR和IIR实现。

IP核图示以及端口介绍

Name	I/O	Description
A[N:0]	Input	A输入(乘法操作数1)
B[M:0]	Input	B输入(乘法操作数2)
C[L:0]	Input	C输入(加减操作数)
PCIN	Input	级联输入
SUBTRACT	Input	控制加/减操作(1=减法，0=加法)
CE	Input	时钟使能 (高有效)
CLK	Input	时钟信号，上升沿有效
SCLR	Input	同步复位，高有效
PCOUT	Output	输出级联
P[Q:0]	Output	输出端口

操作指南

流水操作

乘法器核心考虑了两种不同的延迟路径; 一个是从A和B输入到P输出，另一个是从C/PCIN输入到P输出。 这些延迟被定义为A:B - P延迟和C - P延迟。

这些延迟只能采用两个值：0 表示无延迟或 -1 表示最大/最佳延迟。 如果这两个延迟中的任何一个指定为 -1，则它们都被视为 -1； 对于完全组合的设计，两者都必须设置为 0。

级联的PCIN端口的使用也会影响延迟。

不用级联输入：

使用级联输入：

下图显示了乘加器的内部结构，在内部相当于引用了一个乘法器和一个加减法器。 从该结构中可以清楚的看出，A:B - P 延时和C - P延时路径。

数据调整

当传递给IP输入时，所有输入都是右对齐的。 必须设置输入的正确 LSB 或 MSB 填充或符号扩展（相当于二进制小数点）。

在乘法加法器中，乘法器输出没有截断或舍入； 这是一个完整的精确结果。 C 输入被添加到乘积中。 下面的例子实现了切片操作的功能。 切片选取输出的0到11位。

向量相乘的例子

图3-4(单DSP片实现)和图3-5(多DSP片实现)实现了一个简单的矢量乘法。在3-4图中，如果使用单DSP片实现向量相乘，则按照该图示连接进行实现。采用级联操作，将级联是输入输出相互连接。此时不能进行设置C的输入。

在3-5图中，如果使用多DSP片实现，则按照该图示连接进行实现。此时可以进行设置C的输入，级联操作通过连接P和C端相互连接。

乘加器IP配置

在乘加器IP配置界面，可以对输入输出的位宽进行配置，以及相关IP的配置。

A/B Input Width ：设置端口A或者B输入的宽度。有效的范围是1 ~ 52无符号和2 ~ 53有符号。默认值为18。该值在IP中自动设置，可以手动设置。

C Input Width ：设置端口C(加/减操作数)输入的宽度。有效的范围是1到105无符号和2到106有符号。默认值为48。该值在IP中自动设置，可以手动设置。

A/B/C Input Type :设置端口A、B 、C数据的类型。0表示有符号，1表示无符号。默认值为0。该值在IP中自动设置，可以手动设置。

Output MSB / Output LSB ：设置输出的切片位宽范围。

Use PCIN ：当该参数设置为1时，使用PCIN 端口。 PCIN 端口是 加法器/减法器操作数的级联输入端口。设置为0时，PCIN 端口为 忽略。设置为 1 时，C 输入宽度限制为 48 位。

Sync Control CE Priority ：此参数控制 SCLR和CE信号的优先级当该信号为0时，Sync Control CE Priority。当该信号为1时，SCLR 仅在 CE 为高电平时有效。这默认值为0。

A:B - P Latency : A、B端口到输出端口P的时延。 取值如下: -1, 0。 默认值为-1。

C - P Latency ：从 C 或 PCIN 端口到输出端口 P 的延迟。 取值如下: -1, 0。 默认值为-1。