pfga除法器课程设计--大学毕设论文.doc

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1、目录一．背景介绍1二．设计要求与任务2三．现有的除法算法31．数值循环法(DigitRecurrence）32．Newton-Raphson除法算法43．Talyor级数展开法64．高基数法6四．硬件及软件环境概述61．XilinxFPGA的硬件基本结构62．FPGA的开发步骤8五．设计过程10六．结果12七．设计心得14八．程序附录15一．背景介绍近几十年来，数字信号处理技术作为信号与信息处理学科的一个主要研究方向，在电子学、计算机、应用数学等学科得到了广泛的应用，许多信号处理和控制需要用到除法算法。一般的数字信号处理器中没有现成的除

2、法指令，而是用现有的减法或乘法指令进行叠加来完成除法运算，这样其运算的复杂度和精确度就难以达到要求，这就致使一些带有除法的好的算法在信号处理中难以得到应用，严重影响了信号处理领域中的数据处理。虽然近几十年人们花在算术运算单元的设计越来越多，努力设计高性能的运算单元，但是，为了提高性能所做的大部分努力都花在设计更快的加/减法器和乘法器上，除法器设计相对来说所作的关注较少。在无线通信、语音通信、图像处理等领域中，往往涉及大量的数据处理，而且数据计算精度和实时性要求很高，需要很高的处理能力来提高系统的执行效率，Soerquist等人指出，在四

3、中基本运算中，除法的执行速度最慢。虽然除法占所有运算的比例很少，大概3%，但这并不表示除法对处理器性能的影响很小，在因为指令阻塞等待而引起的处理器性能下降的因素中，除法指令大约占到40%，因此设计一种执行效率高的除法结构具有很重要的意义。而随着半导体技术的发展，FPGA逐渐步入人们的视野，成为系统设计的首选，本设计就是基于FPGA实现各种除法算法，那什么是FPGA？又为什么选择FPGA呢？FPGA（Field－ProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的

4、产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块。FPGA一般

5、来说比ASIC（专用集成电路）的速度要慢，实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice，复杂可编程逻辑器件)。20主要特点：①采用FPGA设计ASIC电路(专用集成电路)，用户不需要投片生产，就能得到合用的

6、芯片。②FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。③FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。④FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。⑤FPGA采用高速CMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，F

7、PGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。1984年，Xilinx公司推出了世界上第一个FPAG芯片，其目标是将LS工/VLSI门阵列技术的高密度和通用性和现场可编程逻辑器件的设计灵活及产品的有效性结合起来。他的特点是：复杂互连、性能依赖于设计和较高的逻辑密度。适于通信设备中复杂数据通路和工业控制的数据采集系统。随着CAD开发工具功能

8、的日渐完善以及FPGA的优良性能日益显露，FPGA己经受到广大电子科技人员的普遍重视并得到了越来越为广泛的应用。现今，利用FPGA来进行系统集成设计己成为一种极为普遍的现象。用FPGA来实现除法主要有以下儿