零基礎(chǔ)學(xué)FPGA（八）手把手解析時(shí)序邏輯乘法器代碼

　　上次看了一下關(guān)于乘法器的Verilog代碼，有幾個(gè)地方一直很迷惑，相信很多初學(xué)者看這段代碼一定跟我當(dāng)初一樣，看得一頭霧水，在網(wǎng)上也有一些網(wǎng)友提問(wèn)，說(shuō)這段代碼不好理解，今天小墨同學(xué)就和大家一起來(lái)看一下這段代碼，我會(huì)親自在草稿紙上演算，盡量把過(guò)程寫的詳細(xì)些，讓更多的人了解乘法器的設(shè)計(jì)思路。

　　下面是一段16位乘法器的代碼，大家可以先瀏覽一下，之后我再做詳細(xì)解釋

　　module mux16(

　　clk,rst_n,

　　start,ain,bin,yout,done

　　);

　　input clk; //芯片的時(shí)鐘信號(hào)。

　　input rst_n; //低電平復(fù)位、清零信號(hào)。定義為0表示芯片復(fù)位;定義為1表示復(fù)位信號(hào)無(wú)效。

　　input start; //芯片使能信號(hào)。定義為0表示信號(hào)無(wú)效;定義為1表示芯片讀入輸入管腳得乘數(shù)和被乘數(shù)，并將乘積復(fù)位清零。

　　input[15:0] ain; //輸入a(被乘數(shù))，其數(shù)據(jù)位寬為16bit.

　　input[15:0] bin; //輸入b(乘數(shù))，其數(shù)據(jù)位寬為16bit.

　　output[31:0] yout; //乘積輸出，其數(shù)據(jù)位寬為32bit.

　　output done; //芯片輸出標(biāo)志信號(hào)。定義為1表示乘法運(yùn)算完成.

　　reg[15:0] areg; //乘數(shù)a寄存器

　　reg[15:0] breg; //乘數(shù)b寄存器

　　reg[31:0] yout_r; //乘積寄存器

　　reg done_r;

　　reg[4:0] i; //移位次數(shù)寄存器

　　//------------------------------------------------

　　//數(shù)據(jù)位控制

　　always @(posedge clk or negedge rst_n)

　　if(!rst_n) i <= 5'd0;

　　else if(start && i < 5'd17) i <= i+1'b1;

　　else if(!start) i <= 5'd0;

　　//------------------------------------------------

　　//乘法運(yùn)算完成標(biāo)志信號(hào)產(chǎn)生

　　always @(posedge clk or negedge rst_n)

　　if(!rst_n) done_r <= 1'b0;

　　else if(i == 5'd16) done_r <= 1'b1; //乘法運(yùn)算完成標(biāo)志

　　else if(i == 5'd17) done_r <= 1'b0; //標(biāo)志位撤銷

　　assign done = done_r;

　　//------------------------------------------------

　　//專用寄存器進(jìn)行移位累加運(yùn)算

　　always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

　　if(!rst_n) begin

　　areg <= 16'h0000;

　　breg <= 16'h0000;

　　yout_r <= 32'h00000000;

　　end

　　else if(start) begin //啟動(dòng)運(yùn)算

　　if(i == 5'd0) begin //鎖存乘數(shù)、被乘數(shù)

　　areg <= ain;

　　breg <= bin;

　　end

　　else if(i > 5'd0 && i < 5'd16) begin

　　if(areg[i-1]) yout_r = {1'b0,yout[30:15]+breg,yout_r[14:1]}; //累加并移位

　　else yout_r <= yout_r>>1; //移位不累加

　　end

　　else if(i == 5'd16 && areg[15]) yout_r[31:16] <= yout_r[31:16]+breg; //累加不移位

　　end

　　end

　　assign yout = yout_r;

　　endmodule

　　下面是小墨同學(xué)對(duì)這段代碼的理解

　　要理解這段代碼，首先要弄明白幾個(gè)點(diǎn)。

　　1、我們通常寫的十進(jìn)制的乘法豎式，同樣適用于二進(jìn)制。下面我們就以這個(gè)算式為例：1011 x 0111 =0100_1101。

　　2、兩個(gè)16位的數(shù)相乘，結(jié)果是32位的，沒(méi)有32位要在高位補(bǔ)零。

　　3、計(jì)算兩個(gè)16位的數(shù)相乘需要移位15次。例如：

　　前三次計(jì)算是移位的，最后一次沒(méi)有移位

　　4、兩個(gè)16位的數(shù)相加，結(jié)果是17位的，不夠17位最高位補(bǔ)零。 例如語(yǔ)句yout[30:15]+breg，結(jié)果是17位的。

　　知道了這些，我們就開始看代碼了

　　1、接口部分注釋寫的很清楚，這里就不提了

　　2、數(shù)據(jù)位控制部分

　　always @(posedge clk or negedge rst_n)

　　if(!rst_n) i <= 5'd0;

　　else if(start && i < 5'd17) i <= i+1'b1;

　　else if(!start) i <= 5'd0;

　　當(dāng)start為1時(shí)，芯片讀入兩個(gè)數(shù)，此時(shí)開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)16次，乘法運(yùn)算開始

　　3、乘法運(yùn)算完成標(biāo)志信號(hào)產(chǎn)生

　　always @(posedge clk or negedge rst_n)

　　if(!rst_n) done_r <= 1'b0;

　　else if(i == 5'd16) done_r <= 1'b1; //乘法運(yùn)算完成標(biāo)志

　　else if(i == 5'd17) done_r <= 1'b0; //標(biāo)志位撤銷

　　assign done = done_r;

　　這部分也很好理解

　　4、專用寄存器進(jìn)行移位累加運(yùn)算

　　這里為了簡(jiǎn)單，就用15到18位代替15到30位

　　以上部分是最主要的計(jì)算部分，其他地方相對(duì)來(lái)說(shuō)還比較簡(jiǎn)單，例如當(dāng)乘數(shù)某一位為0時(shí)，不用累加，直接右移，當(dāng)i計(jì)數(shù)到16時(shí)，此時(shí)就不用再移位了，可以直接用位數(shù)表示，直接累加即可。

　　下面是仿真圖