基于Verilog計算可調(diào)的整數(shù)除法器的設(shè)計-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯基于Verilog計算可調(diào)的整數(shù)除法器的設(shè)計-設(shè)計應(yīng)用0引言

除法器是電子技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)模塊，在電子電路設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用。目前，實現(xiàn)除法器的方法有硬件實現(xiàn)和軟件實現(xiàn)兩種方法。硬件實現(xiàn)的方法主要是以硬件的消耗為代價，從而有實現(xiàn)速度快的特點。用硬件的方法來實現(xiàn)除法器的研究很多，如利用微處理器實現(xiàn)快速乘除法運(yùn)算，F(xiàn)PGA實現(xiàn)二進(jìn)制除法運(yùn)算，模擬除法器等；而通過軟件實現(xiàn)的除法器算法，可以大大提高器件的工作頻率和設(shè)計的靈活性，可以從總體上提高設(shè)計性能，而設(shè)計高效實用的算法是除法器的關(guān)鍵，故除法器的算法研究成為現(xiàn)今熱點。

目前，軟件方面主要是通過減法算法來實現(xiàn)除法運(yùn)算，把被除數(shù)作為被減數(shù)，除數(shù)作為減數(shù)，作減法，直到被減數(shù)小于減數(shù)為止，記錄能夠相減的次數(shù)即得到商的整數(shù)部分。將所得的余數(shù)乘以10作為被減數(shù)，除數(shù)作為減數(shù)，作減法，差重新置入被減數(shù)，反復(fù)相減，直到被減數(shù)小于減數(shù)為止，記錄能夠相減的次數(shù)即得到商的十分位數(shù)值。依此繼續(xù)下去，可得到商的百分位數(shù)值，千分位數(shù)值，……，要到哪一位，就依次做到哪一位。此方法的缺點是速度慢，而且一位的精度不高，為了克服以上的缺點，這里設(shè)計一種算法在軟件上改進(jìn)了除法器運(yùn)算的準(zhǔn)確性和處理速度。

1設(shè)計方法

對于任意給定的兩個整數(shù)fenzi和fenmu，設(shè)fenzi為被除數(shù)，fenmu為除數(shù)。為了得到兩個數(shù)相除的十進(jìn)制結(jié)果，本設(shè)計主要通過下面的算法來實現(xiàn)，假如要保留小數(shù)點后面的n位有效數(shù)字，首先把fenzi乘以10的n次方，賦值給寄存器變量dataO；接著把fenmu分別乘以10的(n+m)，(n+m一1)，(n+m一2)，…，1，O次方分別賦值給(n+m+1)個不同的變量data(n+m+1)，data(n+m)，…，datal，其中m是fenzi和fenmu的位數(shù)之差(當(dāng)fenzi的位數(shù)多于fenmu時，m為正，否則為負(fù))；先求出商的位的值，如果dataO大于data(n+m+1)，則計數(shù)器自動加1，再把dataO和data(n+m+1)的差值賦給data0，再相減直到data0的值小于data(n+m+1)，此時計數(shù)器的計數(shù)值就是位的值；依此用同樣的方法繼續(xù)下去，就可得到各個位上的值。對一位進(jìn)行四舍五入處理，當(dāng)相減后的dataOdatal時，再通過比較dataO*2是否大于datal，如果大于datal，則一位計數(shù)器的值加1，否則不變，把得到的整體值除以10的n次方，也就是小數(shù)點往左移動n位。傳統(tǒng)除法算法由于采用多次相減的過程來實現(xiàn)，相減的過程耗費了大量時鐘脈沖，而且對運(yùn)算結(jié)果的一位沒有進(jìn)行處理；而本設(shè)計是通過采用位擴(kuò)展使除數(shù)和被除數(shù)位數(shù)相同，進(jìn)而對每一位進(jìn)行分開處理，減少了做減法運(yùn)算的次數(shù)，從而提高運(yùn)算速度；同時采用四舍五入的方法對運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行處理，提高準(zhǔn)確性。上面算法是一種順序方式，用Verilog硬件描述語言很容易實現(xiàn)，圖1為流程圖，其中假定fenzi為3位的整數(shù)，fenmu為2位的整數(shù)，除法運(yùn)算到百分位。

2仿真結(jié)果及分析

對上述的流程圖用Verilog描述語言編程，在Ca—dence的NC—Verilog仿真器下仿真，設(shè)輸入的Ienzi和fenmu的值分別為128和11，仿真波形如圖2所示。

從圖2的波形可以看出，輸出結(jié)果為1164，除法運(yùn)算要到百分位，所以往左移動2位，其終的值為11．64，而實際的值為11．63636……，經(jīng)過四舍五入得到的結(jié)果完成正確。從仿真時間來看，對于相同的數(shù)值輸入，本設(shè)計只用了12個脈沖，而普通除法器至少需要20個脈沖(128／11=11余7，70／11=*，40／11=3余7，1l+6+3=20)，相比之下本設(shè)計的除法算法有很大的優(yōu)勢。

然而對于兩個位數(shù)相差很大的數(shù)相除，則本設(shè)計的速度優(yōu)勢更加的明顯，本設(shè)計每一位的運(yùn)行時間都不會超過9個時鐘脈沖，因此進(jìn)行，z位計算的總脈沖也不會超過9n個，而傳統(tǒng)的除法運(yùn)算需要多個時鐘脈沖，一般會是本設(shè)計時鐘脈沖的數(shù)倍。該算法同樣適合小數(shù)的運(yùn)算，只要把小數(shù)化成整數(shù)，再做同樣的處理，就可以得到的結(jié)果。

3結(jié)語

通過對除法器算法的改進(jìn)，用四舍五入