已知一個(gè)加法器IP，其功能是計(jì)算兩個(gè)數(shù)的和，但這個(gè)和延遲兩個(gè)周期才會(huì)輸出?，F(xiàn)在有一串連續(xù)的數(shù)據(jù)輸入，每個(gè)周期都不間斷，試問(wèn)最少需要例化幾個(gè)上述的加法器IP，才可以實(shí)現(xiàn)累加的功能。

設(shè)計(jì)分析

實(shí)現(xiàn)累加器的加法器例化的個(gè)數(shù)。按照原文大佬的設(shè)計(jì)方法，因?yàn)閿?shù)據(jù)連續(xù)且加法器的延遲周期是2，使用使用一個(gè)實(shí)現(xiàn)累加，會(huì)有一半的數(shù)據(jù)丟失。那這樣設(shè)計(jì)他就將奇數(shù)偶數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分開(kāi)做一級(jí)累加，然后第二級(jí)將奇數(shù)偶數(shù)的累加結(jié)果再累加。這樣做共需消耗3個(gè)加法器。

這樣設(shè)計(jì)當(dāng)然沒(méi)問(wèn)題，但是這樣設(shè)計(jì)是否是最少呢？我先拋出我的思考，我認(rèn)為在允許少量邏輯設(shè)計(jì)的情況下，最少需要例化兩個(gè)上述的加法器IP可以實(shí)現(xiàn)累加。

如果比較極限的情況下，一個(gè)都可以，先把一串?dāng)?shù)據(jù)使用寄存器緩存，然后一個(gè)一個(gè)取出來(lái)慢慢算即可，但這樣是不太可取的，首先，數(shù)據(jù)是連續(xù)的并沒(méi)有給出數(shù)據(jù)的極限長(zhǎng)度，也就是說(shuō)不論用任何涉及存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行緩存，都沒(méi)法確保該次數(shù)據(jù)能完全被存儲(chǔ)。如果題目改成一串連續(xù)數(shù)據(jù)輸入，長(zhǎng)度最大為10，那我認(rèn)為用寄存器緩存這樣的設(shè)計(jì)是合理的。

設(shè)計(jì)架構(gòu)

回到設(shè)計(jì)思路：用兩個(gè)加法器的結(jié)構(gòu)如圖示。

設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

加法器設(shè)計(jì)

假設(shè)兩個(gè)時(shí)鐘周期延時(shí)加法器代碼如下，通過(guò)例化加法器進(jìn)行構(gòu)建累加器。

//加法器IP
moduleadder
#(parameterDATA_WIDTH=8)(
inputclk,
inputrst_n,
input[DATA_WIDTH-1:0]a_in,
input[DATA_WIDTH-1:0]b_in,
outputreg[DATA_WIDTH-1:0]out
);
reg[DATA_WIDTH-1:0]sum;
always@(posedgeclkornegedgerst_n)begin
if(rst_n=='d0)begin
sum<=?'d0;
??????out?<=?'d0;
????end
????else?begin
??????sum?<=?a_in?+?b_in;
??????out?<=?sum;
????end
??end
endmodule

累加器設(shè)計(jì)

//累加器實(shí)現(xiàn)
moduleadder_for_acc
#(parameterDATA_WIDTH=8)
(
inputclk,
inputrst_n,
input[DATA_WIDTH-1:0]din,
inputdin_valid,
outputregdout_valid,
outputreg[DATA_WIDTH-1:0]dout
);

reg[DATA_WIDTH-1:0]din_r0;

//打一拍
always@(posedgeclkornegedgerst_n)begin
if(rst_n=='d0)begin
din_r0<=?'d0;
????end
????else?if(din_valid==1'B1)begin
??????din_r0<=?din;
????end
????else?begin
??????din_r0<='d0;
????end
??end

??//adder0_valid信號(hào)
??reg?adder0_valid;
??always?@(posedge?clk?or?negedge?rst_n)begin
????if(rst_n?==?'d0)begin
??????adder0_valid?<=?'d0;
????end
????else?if(din_valid==1'B1)begin
??????adder0_valid<=!adder0_valid;
????end
????else?begin
??????adder0_valid<='d0;
????end
??end

??wire[DATA_WIDTH-1:0]?a_in?=?(adder0_valid?&&?din_valid)?din:0;
??wire[DATA_WIDTH-1:0]?b_in?=?(adder0_valid)?din_r0:0;
??wire[DATA_WIDTH-1:0]?ab_sum;

??adder?adder0_dut?(
????.clk??(clk???),
????.rst_n(rst_n?),
????.a_in?(a_in??),
????.b_in?(b_in??),
????.out??(ab_sum)
??);
??//第一級(jí)加法器輸出有效信號(hào)
??reg?[1:0]adder0_valid_dly;
??wire?ab_sum_valid?=?adder0_valid_dly[1];
??always?@(posedge?clk?)?begin
??????adder0_valid_dly<={adder0_valid_dly[0],adder0_valid};
??end

??wire?[DATA_WIDTH-1:0]?sum_in;
??wire?[DATA_WIDTH-1:0]?ab_sum_in?=?(ab_sum_valid)?ab_sum:0;
??wire?[DATA_WIDTH-1:0]?accsum_in?=?(ab_sum_valid)?sum_in:dout;

??adder?adder1_dut?(
????.clk??(clk??????),
????.rst_n(rst_n????),
????.a_in?(ab_sum_in),
????.b_in?(accsum_in),
????.out??(sum_in???)
??);
??
??//第二級(jí)加法器輸出有效信號(hào)
??reg?[3:0]din_valid_r0;
??reg?[1:0]adder1_valid_dly;
??wire?adder1_outvld?=?adder1_valid_dly[1];
??always?@(posedge?clk?)?begin
????adder1_valid_dly<={adder1_valid_dly[0],ab_sum_valid};
??end
??//輸出
??always?@(posedge?clk?)?begin
????din_valid_r0<={din_valid_r0[2:0],(din_valid?||?adder0_valid)};
??end
??always?@(posedge?clk?or?negedge?rst_n)?begin
????if(rst_n?==?'d0)begin
??????dout?<=?'d0;
??????dout_valid?<=?'d0;
????end
????else?if(adder1_outvld?==?1?&&?(din_valid_r0[3]==1?&&?din_valid_r0[2]==0))begin
??????dout?<=?sum_in?;
??????dout_valid?<=?'d1;
????end
????else?begin
??????dout?<=?dout?;
??????dout_valid?<=?'d0;
????end
??end

endmodule

代碼架構(gòu)設(shè)計(jì)

打拍：先對(duì)數(shù)據(jù)用寄存器緩存一拍，輸入數(shù)據(jù)暫時(shí)用in[i]表示，緩存。

第一級(jí)加法器輸入選擇valid：因?yàn)榍凹?jí)積累一拍的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)valid用于指示加法器的輸入數(shù)據(jù)。

第一級(jí)加法器信號(hào)輸入：根據(jù)valid信號(hào)進(jìn)行選擇數(shù)據(jù)輸入。

調(diào)用第一級(jí)加法器，同時(shí)對(duì)輸入valid信號(hào)進(jìn)行打兩拍處理，指示有效的輸出數(shù)據(jù)。

第二級(jí)加法器信號(hào)輸入：根據(jù)valid信號(hào)進(jìn)行選擇數(shù)據(jù)輸入。

調(diào)用第二級(jí)加法器，同時(shí)對(duì)輸入valid信號(hào)進(jìn)行打兩拍處理，指示有效的輸出數(shù)據(jù)。

輸出結(jié)果和valid信號(hào)。

經(jīng)過(guò)分析，目前設(shè)計(jì)延時(shí)是4拍，也即兩級(jí)，這里dout和valid使用的是時(shí)序邏輯輸出，所以在輸入valid拉低后的第五個(gè)時(shí)鐘周期輸出正確的結(jié)果。

仿真測(cè)試

設(shè)計(jì)仿真測(cè)試代碼對(duì)代碼進(jìn)行測(cè)試，這里使用了遞增數(shù)測(cè)試代碼可用性，在實(shí)際測(cè)試時(shí)，可通過(guò)改變DATA_LEN的大小測(cè)試單次遞增累加后的結(jié)果，后續(xù)結(jié)果依次遞增為第一次的N倍。

`timescale1ns/1ps
moduleadder_for_acc_tb;

//Parameters
localparamDATA_WIDTH=8;
localparamDATA_LEN=5;
//Ports
regclk=1;
regrst_n=0;
reg[DATA_WIDTH-1:0]din;
regdin_valid=0;
wiredout_valid;
wire[DATA_WIDTH-1:0]dout;

adder_for_acc
#(
.DATA_WIDTH(
DATA_WIDTH)
)
adder_for_acc_dut(
.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.din(din),
.din_valid(din_valid),
.dout_valid(dout_valid),
.dout(dout)
);
always@(posedgeclkornegedgerst_n)begin
if(rst_n=='d0)begin
din<=?'d0;
??????din_valid?<=?'d0;
????end
????else?if(dout_valid?==?1)begin
??????din?<=?'d0;
??????din_valid?<=?'d1;
????end
????else?if(din?==?DATA_LEN)begin
??????din?<=?din;
??????din_valid?<=?'d0;
????end
????else?if(din?!=?DATA_LEN)begin
??????din?<=?din?+?1;
??????din_valid?<=?'d1;
????end
????else?begin
??????din?<=?din;
??????din_valid?<=?'d0;
????end
??end

??always?#5??clk?=?!?clk?;
??initial?begin
????begin
??????#100;
??????rst_n?=?1;
??????#1000;
??????$finish;
????end
??end

?
endmodule

仿真截圖

仿真分析

在圖示仿真可知，累加器功能正常，在din_valid信號(hào)拉低后第五拍可得到輸出結(jié)果，功能正常。

審核編輯：劉清