 |
Исследование неконвейеризированного умножителя lpm_mult
|
|
|
|
В качестве разрядности операндов необходимо использовать удвоенную разрядность из индивидуального задания.
На стр.2 мастера настроек мегафункции LPM_MULT установил реализацию с использованием логических элементов. Выполнил компиляцию.
Тестируемая схема приведена на рис. 17.
Рис. 17. Схема тестируемого умножителя
Временные характеристики и аппаратурные затраты до и после настройки tpd Requirement, соответствующее минимальному значению, определенному временным анализатором, приведены в табл. 2.
Таблица 2. Временные характеристики и аппаратурные затраты для неконвейеризированного умножителя
| Блок проекта | Временной параметр | Временные характеристики | Аппаратурные затраты | |
| tpd Requirement = OFF | tpd Requirement = ON (21,702 нс) | |||
| Lpm_mult0 | tpd min | 21,702 нс | 17,692 нс | 207 элементов |
| tpd max | 27,221 нс | 19,202 нс |
Из анализа результатов видно, что после задания tpd Requirement = 21,702 нс среда проектирования Quartus 2 произвела автоматически наиболее оптимальную разводку схемы на плате, за счёт чего уменьшились задержки распространения сигналов.
Исследование конвейеризированного умножителя lpm_mult
На рис. 18. представлена тестируемая схема.
Рис. 18. Схема тестируемого конвейеризированного умножителя
Тестирование проводилось для конвейеризированного умножителя lpm_mult с числом этапов конвейера от 0 до 4.
Частотные характеристики и аппаратурные затратыдля конвейеризированного умножителя представлены в табл. 3.
Таблица 3. Частотные характеристики и аппаратурные затраты для конвейеризированного умножителя
| Блок проекта | Число этапов конвейера | Максимальна тактовая частота | Аппаратурные затраты |
| Lpm_mult0 | 77,63 МГц | 181 элемент | |
| 147,19 МГц | 262 элемента | ||
| 152,93 МГц | 323 элемента | ||
| 207,77 МГц | 415 элементов | ||
| 187,65 МГц | 457 элементов |
|
|
|
Как видно из результатов тестирования, увеличение числа этапов конвейера до некоторого предела ведет к увеличению производительности умножителя. Однако с некоторого момента это увеличение себя не оправдывает. Такой результат связан с тем, что операцию умножения чисел можно разбивать на этапы до тех пор, пока не будет достигнут элементарный процесс, выполняемый одной ступенью конвейера. Превышение этого предела ведёт к тому, что, фактически, просто начинают ставиться каскадно-включенные триггеры. Т.е. дальнейшее увеличение ступеней ничего полезного не несёт, а только уменьшает производительность, т.к. триггеров становится слишком много (происходит перенасыщение), и их тяжелее разводить на плате с соблюдением оптимума по производительности.
Использование встроенных умножителей
Тестирование проводилось для конвейеризированного умножителя lpm_mult с числом этапов конвейера от 0 до 4 на основе встроенных умножителях.
Частотные характеристики и аппаратурные затратыдля конвейеризированного умножителя с использованием встроенных умножителей представлены в табл. 4.
Таблица 4. Частотные характеристики и аппаратурные затраты для встроенных умножителей
| Блок проекта | Число этапов конвейера | Максимальна тактовая частота | Аппаратурные затраты |
| Lpm_mult0 | 180,57 МГц | 1 DSP18x18 | |
| 180,57 МГц | 1 DSP18x18 | ||
| 180,57 МГц | 1 DSP18x18 | ||
| 180,57 МГц | 1 DSP18x18 | ||
| 180,57 МГц | 1 DSP18x18 |
Как видно из результатов тестирования, при использовании встроенных умножителей изменение числа этапов конвейера никак не влияет на аппаратурные затраты и частотные характеристики. Это связано с тем, что среда проектирования просто выбирает аппаратно-реализованный умножитель, который сможет работать с операндами заданной размерности, и вставляет его в схему, при этом конвейеризация устройства не производится. Т.е. задавать число этапов конвейера бессмысленно.
|
|
|
7. Выводы:
На практике мы применили наши теоретические знания по умножающим устройствам.
Изучили основные типы этих устройств. Были закреплены и продемонстрированы знания языка VHDL.
|
|
|
