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FPGA、ARM、DSP成为电子工程技术的市场的核心的控制器。尤其是FPGA,由于它具有处理速度高、可并行执行和高灵活性的特点,因此常被用于通信、工业控制等领域。基于ActelFpGA的4位ALU的设计方案,为学习FPGA的设计和CPU的设计提供了基础。它给大学老师和同学们提供了一个很好了解和设计CPU的机会。你想设计自己的CPU吗?只要使用我们的方案,你就可以!
本文主要介绍采用高可靠性、低成本的Actel FPGA-A3P010来实现一个4位的算术逻辑单元ALU的系统,为大家提供一种学习和设计CPU的实现方案。本方案是为了满足FPGA的教育教学需求而设计的,结合了Actel FpGA单芯片、上电即行、低成本、低功耗、高安全性和高可靠性的优点,使得该ALU的系统在教育教学中很容易实现。如果采用I/O资源数较多的A3P015,该方案可以很容易地扩展为8位总线的ALU,为设计更高性能的CPU提供了基础。想学习FPGA,就从学习基于ActelFPGA的4位ALU方案开始!
1 概述
(1)功能概述
·支持16种4位数据长度的逻辑运算操作,包括与、或、非、异或、同或等逻辑运算功能:
·支持16种4位数据长度的算术运算操作,包括加法、减法的算术运算功能:
·算术运算操作支持进位输入和进位输出的功能,并支持进位生成输出和进位传送输出的功能;
·支持逻辑运算与算术运算混合的运算操作;
·支持两操作数比较大小的功能;
·兼容74HCl81的功能:
·支持扩展功能,可以很容易地实现由4位总线扩展到8、16位总线的ALU:
·资源占用率低。可用Actel的A3P010实现4位总线的ALU,如果扩展为8位总线功能可用A3P015及以上器件实现,具体占用资源情况与实际的功能有关;
·FPGA的可编程性使得功能设计非常灵活,可以根据用户需求定制特殊功能:
·真正完美的单芯片、低成本、低功耗解决方案:
·ActelFPGAS的FlashLock加密,保护您的设计:
·Acrel FPGA的固件错误免疫使得系统可以工作于较恶劣的环境中,可靠性极高。
(2)系统框图
如图1所示。这是ALu的硬件系统框图。该ALU由六个功能模块组成。分别为逻辑运算模块、算术运算模块、进位模块、比较模块、16选1的多路选择器模块和2选1的多路选择器模块。信号端口的功能说明见表1所示。
ALU按照接口类别划分,可以把整个系统的接口分为:控制接口、数据接口。详细的接口信息,如表1所示。
(3)ALU的逻辑功能表
ALU的逻辑功能表,如表2所示。ALU在模式控制输入端mode control的控制下,可以选择逻辑运算功能或算术运算功能。当mode control为高电平1时,ALU执行4位逻辑运算操作;当mode control为低屯平0时,它执行4位算术运算操作,具体执行的操作可由功能选择输入端select_input[3:0]控制。例如,当mode_control=1,select input[3:0]=“0000”时执行的是逻辑运算function output=的操作。
2 各功能模块介绍
(1)逻辑运算功能模块
ALU的第一大功能就是可以进行逻辑运算。当ALU执行逻辑运算操作时,模式控制输入端mode control=1,输入输出端carry,JnPuh generate output、propagate output、carry output、cmp_output不影响逻辑运算结果,operand_a[3:0],operand_b[3:0]是两个4位输入的操作数,select_input[3:O]是选择输入控制端,function output[3:0]是4位逻辑运算结果的输出端,具体的逻辑运算时序如图2所示。
(2)算术运算功能模块
ALU的第二大功能就是可以执行算术运算。当ALU执行算术运算时,横式控制输入端mode control=O,进位输入端carry,input对算术运算的结果有影响,generate_output、propagateoutput、carry output、crop output根据运算的结果而变化,operand_a[3:0],operand_b[3:0]是两个4位输入的操作数,select_input[3:0]是4位选择输入控制端,function_output[3:0]是4位算术运算结果的输出端。具体的时序如图3所示。
(3)比较功能模块
ALU的第三大功能就是可以执行比较大小运算功能。当ALU执行两操作数比较大小时,横式控制输入端mode control=0,进位输入端carry_input=1,选择输入端select_input[3:0]=“0110”,operand_a[3:0]、operand_b[3:0]是两个4位将要比较大小的操作数。比较大小输出端crop output与进位输出端carryoutput共同确定两操作数比较大小的结果。
3 市场应用
基于Actel FPGA实现4位ALU的解决方案,主要是为了满足FPGA的教育教学需求而设计的。本公司为了提高大学生对FPGA的学习兴趣,并改善FPGA传统教学方式,特意设计了此方案。由FPGA设计的ALu扩展的灵活性大,可以很容易地扩展为8位总线的ALu,为设计高性能的CPU提供了基础。
4 小结
本文主要介绍了基于Actel FPGA的4I~ALU系统的功能和应用。敬请关注周立功公司的网站www.zlgmcu.com以获得更多的信息。我们有着一个接近30人的FPGA团队提供强有力的售后服务和技术支持,解决用户在产品使用和研发过程中遇到的困难。若有更多的需求可以与我们联系,我们将会竭诚为您服务,并请关注下期的FPGA专题技术讲座。
本文主要介绍采用高可靠性、低成本的Actel FPGA-A3P010来实现一个4位的算术逻辑单元ALU的系统,为大家提供一种学习和设计CPU的实现方案。本方案是为了满足FPGA的教育教学需求而设计的,结合了Actel FpGA单芯片、上电即行、低成本、低功耗、高安全性和高可靠性的优点,使得该ALU的系统在教育教学中很容易实现。如果采用I/O资源数较多的A3P015,该方案可以很容易地扩展为8位总线的ALU,为设计更高性能的CPU提供了基础。想学习FPGA,就从学习基于ActelFPGA的4位ALU方案开始!
1 概述
(1)功能概述
·支持16种4位数据长度的逻辑运算操作,包括与、或、非、异或、同或等逻辑运算功能:
·支持16种4位数据长度的算术运算操作,包括加法、减法的算术运算功能:
·算术运算操作支持进位输入和进位输出的功能,并支持进位生成输出和进位传送输出的功能;
·支持逻辑运算与算术运算混合的运算操作;
·支持两操作数比较大小的功能;
·兼容74HCl81的功能:
·支持扩展功能,可以很容易地实现由4位总线扩展到8、16位总线的ALU:
·资源占用率低。可用Actel的A3P010实现4位总线的ALU,如果扩展为8位总线功能可用A3P015及以上器件实现,具体占用资源情况与实际的功能有关;
·FPGA的可编程性使得功能设计非常灵活,可以根据用户需求定制特殊功能:
·真正完美的单芯片、低成本、低功耗解决方案:
·ActelFPGAS的FlashLock加密,保护您的设计:
·Acrel FPGA的固件错误免疫使得系统可以工作于较恶劣的环境中,可靠性极高。
(2)系统框图
如图1所示。这是ALu的硬件系统框图。该ALU由六个功能模块组成。分别为逻辑运算模块、算术运算模块、进位模块、比较模块、16选1的多路选择器模块和2选1的多路选择器模块。信号端口的功能说明见表1所示。
ALU按照接口类别划分,可以把整个系统的接口分为:控制接口、数据接口。详细的接口信息,如表1所示。
(3)ALU的逻辑功能表
ALU的逻辑功能表,如表2所示。ALU在模式控制输入端mode control的控制下,可以选择逻辑运算功能或算术运算功能。当mode control为高电平1时,ALU执行4位逻辑运算操作;当mode control为低屯平0时,它执行4位算术运算操作,具体执行的操作可由功能选择输入端select_input[3:0]控制。例如,当mode_control=1,select input[3:0]=“0000”时执行的是逻辑运算function output=的操作。
2 各功能模块介绍
(1)逻辑运算功能模块
ALU的第一大功能就是可以进行逻辑运算。当ALU执行逻辑运算操作时,模式控制输入端mode control=1,输入输出端carry,JnPuh generate output、propagate output、carry output、cmp_output不影响逻辑运算结果,operand_a[3:0],operand_b[3:0]是两个4位输入的操作数,select_input[3:O]是选择输入控制端,function output[3:0]是4位逻辑运算结果的输出端,具体的逻辑运算时序如图2所示。
(2)算术运算功能模块
ALU的第二大功能就是可以执行算术运算。当ALU执行算术运算时,横式控制输入端mode control=O,进位输入端carry,input对算术运算的结果有影响,generate_output、propagateoutput、carry output、crop output根据运算的结果而变化,operand_a[3:0],operand_b[3:0]是两个4位输入的操作数,select_input[3:0]是4位选择输入控制端,function_output[3:0]是4位算术运算结果的输出端。具体的时序如图3所示。
(3)比较功能模块
ALU的第三大功能就是可以执行比较大小运算功能。当ALU执行两操作数比较大小时,横式控制输入端mode control=0,进位输入端carry_input=1,选择输入端select_input[3:0]=“0110”,operand_a[3:0]、operand_b[3:0]是两个4位将要比较大小的操作数。比较大小输出端crop output与进位输出端carryoutput共同确定两操作数比较大小的结果。
3 市场应用
基于Actel FPGA实现4位ALU的解决方案,主要是为了满足FPGA的教育教学需求而设计的。本公司为了提高大学生对FPGA的学习兴趣,并改善FPGA传统教学方式,特意设计了此方案。由FPGA设计的ALu扩展的灵活性大,可以很容易地扩展为8位总线的ALu,为设计高性能的CPU提供了基础。
4 小结
本文主要介绍了基于Actel FPGA的4I~ALU系统的功能和应用。敬请关注周立功公司的网站www.zlgmcu.com以获得更多的信息。我们有着一个接近30人的FPGA团队提供强有力的售后服务和技术支持,解决用户在产品使用和研发过程中遇到的困难。若有更多的需求可以与我们联系,我们将会竭诚为您服务,并请关注下期的FPGA专题技术讲座。