使用V3版本 该版本只需要1个移位寄存器，同时把乘数和结果寄存器放在一起，实现了效率的提高。
-
先建立一个64位的移位寄存器
product存储乘积结果，低32位放乘数，另一个32位寄存器放被乘数。 开始循环: -
判断 Product 寄存器的最低位是否是 1：
-
如果是，则将 Multiplicand 寄存器的值加到 Product 寄存器的左半部分里；
-
右移 Product 寄存器；
-
做满 32次则停止循环；
module mul32(
input clk,
input rst,
input [31:0] multiplicand, //被乘数
input [31:0] multiplier, //乘数
input start, //计算开始
output reg[63:0] product, //积
output finish //计算完成
);
reg [5:0] cnt;
reg [31:0] x;
always @ (posedge start or posedge rst) begin
if (rst) begin
cnt <= 0;
product <= 0;
end
if (start) begin
cnt <= 0;
x <= multiplicand;
product <= {32'b0,multiplier}; //低32位放乘数
end
end
always @ (posedge clk) begin
if(start && !finish) begin
if (cnt<32) begin
//因为加法和移位是按顺序逐个进行的，所以应该使用阻塞赋值`=`而不是非阻塞赋值`<=`。
//如果乘数这一位是1，就把被乘数加到左半部分
product[63:32] = product[0]?(product[63:32]+x):product[63:32];
product = {1'b0,product[63:1]};//右移一位
cnt = cnt + 1;
end
end
end
assign finish=(cnt==6'd32)?1:0;
endmodule
使用V3版本 该版本将移位寄存器的个数减少了1个，同时把被除数和结果寄存器放在一起，实现了效率的提高。
- 先建立一个64位的移位寄存器, 高32位是余数，低32位是商。先把被除数放在低32位。另一个32位寄存器放除数
- 左移该移位寄存器
- 用高32位的值-除数，如果结果<0, 就回退，同时在被除数末尾补0. 否则在被除数末尾补1. 接着继续左移
- 到第32次，把余数再右移一位
module div32(
input clk,
input rst,
input start,
input[31:0] dividend, //被除数
input[31:0] divisor, //除数
output [31:0] quotient, //商
output [31:0] remainder, //余数
output reg finish
);
reg [31:0] divisor_reg;
reg [63:0] res;
reg [5:0] cnt;
always @ (posedge start or posedge rst) begin
if (rst) begin
cnt <= 0;
res <= 0;
finish <=0;
end
if (start) begin
divisor_reg <= divisor;
cnt <= 0;
res <= {31'b0,dividend,1'b0}; //低32位放被除数,然后rem<<1
finish <=0;
end
end
always @ (posedge clk ) begin
if(start && ! finish) begin
res[63:32]=res[63:32]-divisor_reg;//Rem-=Div
if(res[63]==1) begin //结果是负数，Rem<0
res[63:32]=res[63:32]+divisor_reg;//回退
res={res[62:0],1'b0};//shift left, quotient=0
end
else begin
res={res[62:0],1'b1};//quotient 1
end
cnt=cnt+1;
if(cnt==32) begin
res[63:32] <= {1'b0,res[63:33]};//remainder shift right
finish <= 1;
end
end
end
assign remainder=res[63:32];
assign quotient=res[31:0];
endmodule- 对齐指数(小指数对齐到大指数)，同时将小指数对应的尾数右移相应的尾数。
- 根据符号位，尾数相加或相减。同时更新答案的符号位
- 规格化，将尾数左移直到找到第一个1，获取新的指数
可利用时序逻辑控制状态，按顺序进行上面的3个操作。
module float_add32(
input clk,
input rst,
input en, //开始标志
input[31:0] A, //被加数
input[31:0] B, //加数
output [31:0] result, //商
output reg fin //结束标志
);
reg signa,signb,signr;//1
reg [7:0] expa,expb;
reg [7:0] expr;//8
reg [23:0] fra,frb;
reg [24:0] frr;//23+1
// reg [31:0] res;//最终合并的结果
reg [1:0] step;
always @ (posedge rst or posedge en) begin
if (rst) begin
fin <= 0;
expa <= 0;
expb <= 0;
expr <= 0;
fra <= 0;
frb <= 0;
frr <= 0;
signa <=0; signb<=0;
end
if (en) begin
expa <= A[30:23];
expb <= B[30:23];
fra <= {1'b1,A[22:0]};
frb <= {1'b1,B[22:0]};
expr <= expa;
frr <= fra;
fin <= 0;
signa<=A[31]; signb<=B[31];
step<=0;
end
end
always @ (posedge clk) begin
if (en && !fin) begin
if(step==2'd0) begin
//对齐指数
if(expa>expb) begin
expr<=expa;
frb<=frb>>((expa-expb));
end
else begin
expr<=expb;
fra<=fra>>((expb-expa));
end
step<=2'd1;
end //尾数相加或相减
else if(step==2'd1) begin
if(signa==signb) begin
frr<=fra+frb;
signr<=signa;
end
else begin
frr <= fra>frb?fra-frb:frb-fra; //先求差的绝对值
signr <= fra>frb?signa:signb; //符号取大的
end
step<=2'd2;
end
else begin//获得新的指数
if(frr[24]==1) begin
//翻倍了 如1.001+1.100=10.101 变成1.0101
expr<=expr+1;//指数+1
frr<=(frr>>1);//右移1
fin <= 1;
end
else if(frr[23]==1) begin
fin<=1;
end
else begin //1.000-0.111=0.001, 不断左移直到找到第一个1
expr<=expr-1;//指数-1
frr[23:0]<={frr[22:0],1'b0};
end
end
end
end
assign result={signr,expr,frr[22:0]};//去掉前面的1
endmodule
放大过程:
仿真文件:
initial begin
clk = 0;
rst = 1;
start = 0;
#10;
rst = 0;
start = 1;
multiplicand = 32'd2;
multiplier = 32'd3;
#500;
start = 0; #5;//posedge start
start = 1;//always 1 during calculation
multiplicand = 32'd10;
multiplier = 32'd8;
#500;
start = 0; #5;
start = 1;
multiplicand = 32'd9;
multiplier = 32'd9;
#500;
start = 0; #5;
start =1;
multiplicand = 32'd50;
multiplier = 32'd6;
#500;
start = 0; #5;
start=1;
multiplicand = 32'd6;
multiplier = 32'd60;
endinitial begin
clk=0;
rst=1;
start=0;
#10;
start=1;
divident = 32'd8;
divisor = 32'd4;
#335
start=0;#5;
start=1;
divident = 32'd100;
divisor = 32'd10;
#335
start=0;#5;
start=1;
divident = 32'd9;
divisor = 32'd4;
#335
start=0;#5;
start=1;
divident=32'd27;
divisor=32'd6;
#335;
endc0a00000=-5 c0900000=-4.5 c1180000=-9.5
40a00000=+5 40900000=+4.5 41180000=+9.5
initial begin
rst = 1'b1;
clk = 1'b0;
en = 1'b0;
A = 32'b0;
B = 32'b0;
#10
rst = 1'b0;
en = 1;
A=32'hc0a00000; //-5.0
B=32'hc0900000; //-4.5
//c1180000(-9.5)
#80
en=0;#5;en=1;
A=32'h40a00000; //+5.0
B=32'h40900000; //+4.5
#80
en=0;#5;en=1;
A=32'h40a00000; //-5.0
B=32'h40900000; //+0.5
#80; //41180000(+9.5)
en=0;#5;en=1;
A=32'h3e800000;//0.25
B=32'hc0a00000;//-5
#80 //c0980000(-4.75)
en=0;#5;en=1;
A=32'h3f000000;
B=32'hc0a00000;
#80;
end见浮点加法器
见浮点加法器
无