第2章 详细设计方案
2.1 顶层方案图的设计与实现
顶层方案图是用来实现补码一位乘法器乘数与被乘数的输入和取补，以及结果的寄存和输出、二输入三输出选择器和运算控制电路、移位电路等逻辑功能，采用原理图设计输入方式完成，电路实现基于XCV200可编程逻辑芯片。在完成原理图的功能设计后，把输入以及输出信号安排到XCV200指定的引脚上去，实现芯片的引脚锁定。
2.1.1创建顶层图形设计文件
顶层图形文件的设计实体主要由取补电路（封装为QUBU），二输入三输出选择器（基于D2-4E的改装），乘数移位寄存器（封装为U11），部分积移位寄存器（基于FD实现），加法器（基于ADD8的改装），等模块组装而成的一个完整的可编程逻辑芯片U30。顶层图形文件结构如图2.1所示：
图2.1 顶层图形文件结构图
2.1.2器件的选择与引脚锁定
（1）器件的选择
由于硬件设计环境是基于伟福COP2000型计算机组成原理实验仪和XCV200实验板，故采用的目标芯片为Xilinx XCV200可编程逻辑芯片。
（2）引脚锁定
把顶层图形文件中的所有输入、输出信号对应到Xilinx XCV200芯片指定的引脚上去，实现芯片的引脚锁定，各信号及Xilinx XCV200芯片引脚对应关系如表2.1所示：
表2.1 信号和芯片引脚对应关系
图形文件中的输入/输出信号 GRD ZCLOCK FJW CLR VCC S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 XCV200芯片引脚信号 P50 P213 P47 P49 P48 P80 P81 P82 P84 P85 P86 P87 P95 P96 P97 P100 P101 Y6 Y7 E0 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 P102 P103 P63 P73 P72 P71 P70 P66 P65 P64 2.1.3编译、综合、适配
利用Xilinx foundation f3.1的原理图编辑器对顶层图形文件进行编译，并最终生成网络表文件，利用设计实现工具经综合、优化、适配，生成可供时序仿真的文件和器件下载编程文件。
2.2 功能模块的设计与实现
功能模块主要由取补电路，二输入三输出选择器，移位寄存器，部分积移位寄存器等模块组成，由Xilinx XCV200可编程逻辑芯片分别实现。
2.2.1 取补模块的设计与实现
进行求补的方法就是从数的最右端a0开始，由右向左，直到找出第一个“1”，例如ai?1，0?i?n。则ai以左的每一个输入位都求反，即1变0，0变1。最右端的起始链式输入C?1必须永远置成“0”。当控制信号线E为“1”时，启动对2求补的操作；当控制信号线E为“0”时，输出将和输入相等。可以利用符号位来作为控制信号E。
（1） 创建求乘数补码电路模块设计原理图
乘数求补电路原理结构如图2.1所示：
图2.1 乘数求补电路原理结构图
（2） 创建元件图形符号
其元件图形符号如图2.2所示：
图2.2 求补电路模块元件图形符号
（3）功能仿真
对创建的取补模块进行功能仿真，验证其功能的正确性，可用Xilinx foundation f3.1编译器的Simulator模块实现。仿真结果如图2.3所示：
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