Vivado IP核之浮点数乘除法 Floating-point

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前言

         随着制造工艺的不断发展，现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的集成度越来越高，应用也越来越广，其中在对数字信号进行处理时必然要用到一些数学处理类的IP核。最近正在研究空域自适应抗干扰技术研究的FPGA硬件实现，其中不免要用到一些IP核，今天就从浮点数乘除法出发详细介绍一下vivado当中的Floating-point这个IP核吧，希望对各位的学习能起到一定的帮助作用。

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提示：以下是本篇文章正文内容，均为作者本人原创，写文章实属不易，希望各位在转载时附上本文链接。

一、浮点数乘除法示例

         为了后面仿真便于分析结果，在此我们就列举浮点数乘除法的例子，仿真时直接用下面的例子进行仿真，来验证仿真结果是否正确。

        example：设浮点数a=32'b1100_0000_1101_0011_0011_0011_0011_0011，即a=-6.6，浮点数b=32'b0100_0001_0000_1100_1100_1100_1100_1101，即b=8.8，则a*b=32'b1100_0010_0110_1000_0101_0001_1110_1100，即a*b=-58.08，a/b=32'b1011_1111_0100_0000_0000_0000_0000_0000，即a/b=-0.75。

二、Floating-point IP核配置步骤

1.乘法器配置

1.首先配置Operation Selection界面，如图1所示。

 2.其次配置Precision of Inputs界面，如图2所示。

  3.然后配置Optimizations界面，如图3所示。

 4.最后配置Interface Options界面，如图4所示。

  以上4个界面都配置完成后即可点击右下角OK按钮生成乘法器IP核。

2.除法器配置

在vivado中搜索Floating-point，找到该IP核后即可按照以下操作完成相应的配置。

1.首先配置Operation Selection界面，如图5所示。

  2.其次配置Precision of Inputs界面，如图6所示。

 3.然后配置Optimizations界面，如图7所示。

 4.最后配置Interface Options界面，如图8所示。

 以上4个界面都配置完成后即可点击右下角OK按钮生成除法器IP核。

三、仿真

1.顶层代码

建立一个顶层模块，命名为float_mul_div，用来例化刚才生成的IP核。

代码如下：

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: cq university
// Engineer: clg
// Create Date: 2022/07/23 16:40:34
// Design Name: 
// Module Name: float_mul_div
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 2017.4
// Description: 
// Dependencies: 
// Revision:1.0
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//

module float_mul_div(
    input clk,
    input a_tvalid,
    input [31:0] a_tdata,
    input b_tvalid,
    input [31:0] b_tdata,
    output mul_result_tvalid,
    output [31:0] mul_result_tdata,
    output div_result_tvalid,
    output [31:0] div_result_tdata
    );
    
float_multiply u1_float_multiply(                       //乘法器
    .aclk(clk),
    .s_axis_a_tvalid(a_tvalid),
    .s_axis_a_tdata(a_tdata),
    .s_axis_b_tvalid(b_tvalid),
    .s_axis_b_tdata(b_tdata),
    .m_axis_result_tvalid(mul_result_tvalid),
    .m_axis_result_tdata(mul_result_tdata)
);
 
 float_divide u1_float_divide(                         //除法器
    .aclk(clk),
    .s_axis_a_tvalid(a_tvalid),
    .s_axis_a_tdata(a_tdata),
    .s_axis_b_tvalid(b_tvalid),
    .s_axis_b_tdata(b_tdata),
    .m_axis_result_tvalid(div_result_tvalid),
    .m_axis_result_tdata(div_result_tdata)
 );

endmodule

2.仿真代码

建立一个仿真模块，命名为float_mul_div_tb，用来仿真刚才顶层模块例化的IP核。

代码如下：

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: cq university
// Engineer: clg
// Create Date: 2022/07/23 17:03:52
// Design Name: 
// Module Name: float_mul_div_tb
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 2017.4
// Description: 
// Dependencies: 
// Revision:1.0
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//

module float_mul_div_tb();
     reg clk;
     reg a_tvalid;
     reg [31:0] a_tdata;
     reg b_tvalid;
     reg [31:0] b_tdata;
     wire mul_result_tvalid;
     wire [31:0] mul_result_tdata;
     wire div_result_tvalid;
     wire [31:0] div_result_tdata;
     
float_mul_div u1_float_mul_div(
      .clk(clk),
      .a_tvalid(a_tvalid),
      .a_tdata(a_tdata),
      .b_tvalid(b_tvalid),
      .b_tdata(b_tdata),
      .mul_result_tvalid(mul_result_tvalid),
      .mul_result_tdata(mul_result_tdata),
      .div_result_tvalid(div_result_tvalid),
      .div_result_tdata(div_result_tdata)
);
always #5 clk=~clk;

initial begin
    clk=1'b0;
#15;     a_tvalid<=1'b1;
            a_tdata<=32'b1100_0000_1101_0011_0011_0011_0011_0011;    //-6.6
            b_tvalid<=1'b1;
            b_tdata<=32'b0100_0001_0000_1100_1100_1100_1100_1101;    //8.8
end

endmodule

四、仿真结果分析

仿真结果如图9所示，对比前面所列举浮点数乘除法的例子，可知该模块成功实现了浮点数的乘除法。

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总结

本次介绍了怎么使用vivado中的Floating-point IP核实现浮点数的乘除法。