概述
移位相减除法器
基本算法
与使用移位相加实现加法一样,移位减法可以实现除法,基本算法如下描述
- 将除数向左移位直到比被除数大
- 使用移位后的除数与被除数比较,若除数大,则商向左移位1位后末尾补0;若除数小,则被除数累减除数,商向左移位1位后末尾补1
- 除数向右移位1位,重复2,知道除数小于原除数
RTL代码
移位相减算法比较简单,一个Verilog模块即可描述
module shiftsub_divider #(
parameter WIDTH = 4
)(
input clk,
// Clock
input rst_n,
// Asynchronous reset active low
input [2 * WIDTH - 1:0]dividend,
input [WIDTH - 1:0]divisor,
input din_valid,
output reg [2 * WIDTH - 1:0]dout,
output reg [2 * WIDTH - 1:0]remainder
);
定义端口,其中remainder
前WIDTH
位均为0,可以不连接
reg [3 * WIDTH - 1:0]divisor_lock;
reg [WIDTH - 1:0]divisor_ref;
always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin
if(~rst_n) begin
{divisor_lock,divisor_ref} <= 'b0;
end else if(din_valid == 1'b1) begin
divisor_lock[3 * WIDTH - 1:2 * WIDTH] <= divisor;
divisor_lock[WIDTH - 1:0] <= 'b0;
divisor_ref <= divisor;
end else if(divisor_lock >= '{divisor_ref}) begin
divisor_lock <= divisor_lock >> 1;
divisor_ref <= divisor_ref;
end else begin
divisor_lock <= divisor_lock;
divisor_ref <= divisor_ref;
end
end
divisor_lock
为移位后的除数,宽度为3 * WIDTH
是为了确保移位后的除数比被除数大。divisor_ref
保存最初始除数的值,divisor_lock >= '{divisor_ref}
为终止条件
always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin
if(~rst_n) begin
{remainder,dout} <= 'b0;
end else if(din_valid == 1'b1) begin
remainder <= dividend;
dout <= 'b0;
end else if((dout == 'b0) && (remainder < divisor_lock)) begin
remainder <= remainder;
dout <= dout;
end else if(divisor_lock >= '{divisor_ref})begin
if(remainder >= divisor_lock) begin
remainder <= remainder - divisor_lock;
dout <= {dout[2 * WIDTH - 2:0],1'b1};
end else begin
remainder <= remainder;
dout <= {dout[2 * WIDTH - 2:0],1'b0};
end
end else begin
{remainder,dout} <= {remainder,dout};
end
end
endmodule
执行移位相减,其中(dout == 'b0) && (remainder < divisor_lock)
是为了从除数恰好小于被除数时开始运算
测试
测试方法为随机产生数据,再使用Verilog自带的/
和%
运算符获取期待值后再与真实结果比较
module tb_divider (
);
parameter WIDTH = 4;
logic clk;
// Clock
logic rst_n;
// Asynchronous reset active low
logic [2 * WIDTH - 1:0]dividend;
logic [WIDTH - 1:0]divisor;
logic din_valid;
logic [2 * WIDTH - 1:0]dout;
logic [2 * WIDTH - 1:0]remainder;
shiftsub_divider #(
.WIDTH(WIDTH)
) dut (
.clk(clk),
// Clock
.rst_n(rst_n),
// Asynchronous reset active low
.dividend(dividend),
.divisor(divisor),
.din_valid(din_valid),
.dout(dout),
.remainder(remainder)
);
//产生时钟信号
initial begin
clk = 'b0;
forever begin
#50 clk = ~clk;
end
end
//产生复位信号
initial begin
rst_n = 1'b1;
# 5 rst_n = 'b0;
#10 rst_n = 1'b1;
end
logic [2 * WIDTH - 1:0]dout_exp;
logic [WIDTH - 1:0]remainder_exp;
initial begin
//初始化
{dividend,divisor,din_valid} = 'b0;
forever begin
@(negedge clk);
//产生随机输入并启动
dividend = (2 * WIDTH)'($urandom_range(0,2 ** (2 * WIDTH)));
divisor = (WIDTH)'($urandom_range(1,2 ** WIDTH - 1));
din_valid = 1'b1;
//计算期待结果
remainder_exp = dividend % divisor;
dout_exp = (dividend - remainder_exp) / divisor;
//等待运算结果
repeat(4 * WIDTH) begin
@(negedge clk);
din_valid = 'b0;
end
//期待结果与真实结果比较
if((remainder == remainder_exp) && (dout_exp == dout)) begin
$display("successfully");
end else begin
$display("failed");
end
end
end
endmodule
最后
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