基于查找表的运算器嵌入式设计.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：2.27M 资料格式：doc 举报版权申诉

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嵌入式系统课程设计查表式硬件运算器

1、任务与要求基于嵌入式技术利用VHDL 等硬件语言描述4x4bit 查表式乘法器的系统组成。（1）基本要求： a．设计一个4x4bit 查表式乘法器。 b．利用查表完成算法的原理，进行下式计算，并通过时序分析得到其运算速度。 c．在DE2 开发板上用数码管显示。（2）发挥部分： a．在Signal Tap 中显示查表式乘法器的输出结果仿真波形图。 b. 计算精度和数据区域根据设定的ROM 的大小自行设定。 2、系统原理对于高速嵌入式测控系统，影响测控速度最大的因素是在测得必要的数据并经过复杂的运算后，才能发出控制指令。数据的运算速度决定了该嵌入式系统的工作速度。具体实施方案是预先将可能出现的，且需要计算的数据都计算好，装入ROM 中，然后将ROM 的地址线作为测得的数据的输入口。测控系统一旦得到所测得的数据，并将数据作为地址信号输入ROM 后，即可得到结

果。 3.设计步骤 (一)各个单元模块的定制数码管译码显示模块 7 段数码显示译码器程序： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY DecL7s IS PORT(A:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); LED7S:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0) ); END ENTITY DecL7s; ARCHITECTURE one OF DecL7S IS BEGIN PROCESS(A) BEGIN CASE A(3 DOWNTO 0) IS WHEN "0000" => LED7S <= "1000000"; WHEN "0001" => LED7S <= "1111001"; WHEN "0010" => LED7S <= "0100100"; WHEN "0011" => LED7S <= "0110000"; WHEN "0100" => LED7S <= "0011001"; WHEN "0101" => LED7S <= "0010010"; WHEN "0110" => LED7S <= "0000010"; WHEN "0111" => LED7S <= "1111000"; WHEN "1000" => LED7S <= "0000000"; WHEN "1001" => LED7S <= "0010000"; WHEN "1010" => LED7S <= "0001000"; WHEN "1011" => LED7S <= "0000011"; WHEN "1100" => LED7S <= "1000110"; WHEN "1101" => LED7S <= "0100001"; WHEN "1110" => LED7S <= "0000110"; WHEN "1111" => LED7S <= "0001110"; WHEN OTHERS => NULL; END CASE; END PROCESS; END ARCHITECTURE one; 生成的器件为：

DecL7s A[3..0] LED7S[6..0] inst2 数码管译码显示仿真波形: 由波形图知，数码管可以正确的显示数字。函数运算器的 ROM 的定制过程如下：

（说明：输出数据宽度设置为 21 位二进制数据，分别为十位，个位，小数点后第一位，第二位，第三位，这五位每位对应一组 4 位的二进制数，还有一位小数点，所以输出数据总共为 21 位。）（精度为小数点后保留 3 位。）函数运算器的 ROM 中加载 100 组数据：方法：X 的输入数据范围为 0~9，Y 的输入数据范围也是 0~9，于是可以采集 100 组输出数据（X,Y），精度为 3 位小数，当输入的数据超出此范围时，输出结果均为 0. Mif 文件如下：

最后生成的器件为： lpm_dff1 sclr data[20..0] clock inst8 DFF q[20..0] 数据寄存器的定制：数据寄存器是用来存储输入 X,Y 的数据，和经过查找表运算后系统的输出 f（X,Y）的值，其中输入 X,Y 的数据都是 4 位，而输出 f（X,Y）的值是 21 位。

最后生成的器件为： lpm_dff0 data[3..0] clock inst6 DFF q[3..0] 20 位的 2 选 1 数据选择器模块：

20 位的 2 选 1 数据选择器 VHDL 语言为 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY mux21 IS PORT ( m : IN STD_LOGIC_VECTOR(20 DOWNTO 0); n : IN STD_LOGIC_VECTOR(20 DOWNTO 0); s : IN STD_LOGIC; y : OUT STD_LOGIC_VECTOR(20 DOWNTO 0) END ENTITY mux21; ); ARCHITECTURE one OF mux21 IS BEGIN y <= m WHEN s = '0' ELSE n WHEN s = '1' ; END ARCHITECTURE one; 20 位的 2 选 1 数据选择器仿真图： 20 位的 2 选 1 数据选择器功能说明： S 为高电平时，输出为 n 的数据；S 为低电平时，输出为 m 的数据.

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