复数乘法器研究

复数乘法器研究

在wallace乘法器的基础上设计一个复数乘法器（有关wallace树乘法器的内容，

看我的相关博客，这里只是调用了Wallace树乘法器的verilog HDL代码），

复数的乘法算法是：

设复数x = a + b i, y = c + d i, 则复数相乘的结果为：x * y = (a + b i)*(c + d i) = (ac - bd) + i (ad + bc) 。

十分简单，只需要把部分积算出来然后就是加减运算了。

其verilog HDL代码如下：

//复数乘法器的verilog HDL代码  

  

module complex(a, b, c, d, out_real, out_im);  

    input [3:0] a, b, c, d;  

    output [8:0] out_real,out_im;  

    wire [7:0] sub1, sub2, add1, add2;  

      

    wallace U1(.x(a), .y(c), .out(sub1));  

    wallace U2(.x(b), .y(d), .out(sub2));  

    wallace U3(.x(a), .y(d), .out(add1));  

    wallace U4(.x(b), .y(c), .out(add2));  

  

    assign out_real = sub1 - sub2;  

    assign out_im = add1 + add2;  

      

endmodule  

  

//下面是wallace树乘法器模块  

    module wallace(x,y,out);  

    parameter size = 4; //定义参数，乘法器的位数  

    input [size - 1 : 0] x,y; //输入y是乘数，x是被乘数  

    output [2*size - 1 : 0] out;  

    wire [size*size - 1 : 0] a; //a为部分积  

    wire [1 : 0] b0, b1; //第一级的输出，包含进位  

    wire [1 : 0] c0, c1, c2, c3; //第二级的输出，包含进位  

    wire [5 : 0] add_a, add_b; //第三极的输入  

    wire [6 : 0] add_out; //第三极的输出  

    wire [2*size - 1 : 0] out; //乘法器的输出（组合逻辑）  

      

    assign a = {x[3],x[2],x[3],x[1],x[2],x[3],x[0],x[1],  

                x[2],x[3],x[0],x[1],x[2],x[0],x[1],x[0]}  

                &{y[3],y[3],y[2],y[3],y[2],y[1],y[3],y[2]  

                ,y[1],y[0],y[2],y[1],y[0],y[1],y[0],y[0]}; //部分积  

    hadd U1(.x(a[8]), .y(a[9]), .out(b0));  //2输入半加器（第一级）  

    hadd U2(.x(a[11]), .y(a[12]), .out(b1));//第一级  

    hadd U3(.x(a[4]), .y(a[5]), .out(c0)); //第二级  

      

    fadd U4(.x(a[6]), .y(a[7]), .z(b0[0]), .out(c1)); //3输入全加器（第二级）  

    fadd U5(.x(b1[0]), .y(a[10]), .z(b0[1]), .out(c2));  

    fadd U6(.x(a[13]), .y(a[14]), .z(b1[1]), .out(c3));  

      

      

    assign add_a = {c3[1],c2[1],c1[1],c0[1],c0[0],a[2]}; //加法器（第三极）  

    assign add_b = {a[15],c3[0],c2[0],c1[0],a[3],a[1]};  

    assign add_out = add_a + add_b;  

    assign out = {add_out,a[0]};  

  

endmodule  

  

//全加器模块  

module fadd(x, y, z, out);  

    input x, y, z;  

    output [1 : 0] out;  

    assign out = x + y + z;   

endmodule  

  

//半加器模块  

module hadd(x, y, out);  

    input x, y;  

    output [1 : 0] out;  

    assign out = x + y;  

endmodule  

测试文件代码如下：

//复数乘法器测试文件  

  

`timescale 1ns/1ps  

module complex_tb;  

    reg [3:0] a, b, c, d;  

    wire [8:0] out_real;  

    wire [8:0] out_im;  

    complex U1(.a(a), .b(b), .c(c), .d(d), .out_real(out_real),  

                .out_im(out_im));  

                  

    initial  

    begin  

        a = 2; b = 2; c = 5; d = 4;  

        #10  

        a = 4; b = 3; c = 2; d = 1;  

        #10  

        a = 3; b = 2; c = 3; d = 4;  

    end  

  

endmodule  

ModelSim中仿真波形截图如下：