基于FPGA的32位ALU的设计与实现

2 0 1 3牟g 1 2 . ̄ 文章编号: 1 0 0 9— 2 5 5 2 ( 2 0 1 3 ) 1 2— 0 1 2 1— 0 5 中图分类号: T P 3 6 8 . 1 文献标识码: A

基于 F P G A的 3 2位 A L U的设计与实现 孔哲,王伟 (河北工业大学信息工程学院,天津 3 0 0 4 0 0 )

要:针对 F P G A运算速度快,设计灵活的特点,提出了一种新颖的利用可编程逻辑器件 F P—

G A和硬件描述语言 V H D L实现的功能齐全的 3 2位A L U的方法。该 A L U具备 4种算术运算,9 种逻辑运算,4种移位运算以及比较、求补、奇偶校验等共 2 0种运算。采用层次化设计,给出 了A L U的主要子模块,各模块均占用了较少的逻辑资源 ( L E ),实现了节省资源与速度提升。 通过 Q u a r t u s I I 9 . 1进行编译,M o d e l s i m 6 . 5 S E进行仿真,仿真结果与预期结果一致,将设计下载

到A l t e r a公司的 E P 2 C 3 5 F 4 8 4 C 6 F P G A中进行验证,证实了设计的可行性。实验结果表明,采用 基于 F P G A技术设计运算器灵活易修改,提高了设计效率。 关键词:A L U;F P G A;V H D L;逻辑资源;顶层设计

De s i g n 0 f 3 2 . b i t ALU b a s e d o n FPGA KONG Z h e.W ANG We i ( I n f o r ma t i o n E n g i n ̄r i n g S c h o o l, He b e i Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y, T i a n j i n 3 0 0 4 0 0, C h i n a ) Abs t r a c t: Ai mi n g a t f a s t o p e r a t i o n a n d l f e x i bl e d e s i g n o n FPGA,a me ho t d f o r d e s i ni g n g a 3 2一 bi t AL U

w i t h c o mp l e t e f u n c t i o n wh i c h b a s e d o n p r o g r a mma b l e l o g i c d e v i c e F P G A a n d h a r d w a r e d e s c ip r t i o n l a n g u a g e VHDL i s i

n t r o d u c e d i n hi t s p a p e r . T h i s AL U h a s 2 0 o p e r a t i o n s .T h e r e re a 4 a r i t h me t i c o p e r a t i o n s, 9 l o g i c o p e r a t i o n s, 4 s h i f t o p e r a t i o n s,c o mp a r i s o n,c o mp l e me n t a t i o n a n d p a i r t y c h e c k .T h e A叫 i s d e s i g n e d b y h i e r a r c h i c a l s y s t e m. Ev e r y ma i n mo d u l e w i h t l e s s l o g i c e l e me n t i s g i v e n i n hi t s

p a p e r . wh i c h r e a l i z e s t h e r e s o u r c e s a v i n g a n d s p e e d b o o s t i n g .T h e c o mp i l a t i o n a b o u t AL U c a n b e r e a l i z e d

b y Q u a r t u s l I 9 . 1 . a n d he t s i mu l a t i o n c a n b e r e a l i z e d b y Mo d e l s i m6 . 5 S E .T h e s i mu l a t i o n r e s u l t i f t t e d he t e x p e c t r e s u l t w e l l,a n d he t d e s i n g c a n b e l o a d e d i n t o E P 2 C 3 5 F 4 8 4 C 6 F P GA o f Al t e r a c o mp ny a t o t e s t, w h i c h p r o v e d t h e f e a s i b i l i t y o f t h e d e s i n.T g h e e x p e r i me n t l a r e s u l t s s h o w e d ha t t,A L U o n F P GA i s l f e x i b l e a n d e a s y t o c o r r e c t,wh i c h h a d i mp ov r e he t e ic f i e n c y o f d e s i n. g Ke y wo r d s:AL U; F P G A; VHDL; l o g i c

e l e me n t;t o p— d e s i n g

0 引言 运算器是计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件,是计算机中不可或缺的重要组成部分,亦称算术逻辑部件 ( A L U )。随着可编程逻辑器件的发展, F P G A的应用已经越来越广泛,且用可编程逻辑器件代替传统的普通集成电路已成为一种发展的趋势。可编程逻辑器件 F P G A既解决了定制电路的 不足,又克服了原有可编程件门电路数有限的缺点, 因而得到了广泛的应用…。VH D L语言是 F P G A最常用的语言之一,具有较强的行为能力且易于修改。

然而,利用 V HD L语言在 F P G A芯片上设计 A L U并不常见。本文在充分分析运算器结构基础上,采用 V H D L语言,并充分利用可编程逻辑器件 F P G A的

特性,设计一款具有 2 0种运算功能的 3 2位A L U,该

运算器节省逻辑资源 ( L E ),运算速度快,且易于 修改。 收稿日期:2 0 1 3—0 4— 2 2 作者简介:孔哲( 1 9 8 9一 ),女,硕士研究生,研究方向为 F P G A技术应用。

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