Разработка сумматоров

[LayzRay]

Здравствуйте!

Ещё летом я начал изучать первую лабораторную по АЛУ и лекции к нему.
Построил простейший сумматор, затем с ускоренным переносом (хотел сравнить по скорости, но не понял, как надо). И хотел реализовать префиксный сумматор, но из книги и других источников мне не было понятно, как он работает.

А потом, оказывается, мы просто пишем A + B, а не делаем отдельные модули, что не очень интересно.
Хотелось бы углубиться в это направление, чтобы была полная ясность, как именно всё работает.

[gr33nka]

Привет!

Вижу тут три вопроса (не по порядку):

1. Зачем делать сумматор и потом его не использовать?

Делать сумматор нужно, чтобы понять как они устроены, что они бывают разные и чтоб получить базовый опыт описания аппаратуры на verilog. А не используем его, потому что сумматор является одним из наиболее популярных и используемых устройств (блоков, модулей) в цифровой электронике, поэтому они уже есть как готовые модули в ПЛИС. То, что они готовы дает много плюсов. Они компактнее и меньше потребляют, чем сделанные из избыточных элементов ПЛИС (LUTов), у них меньше критический путь, они быстрее, короче сплошные плюсы. Очень высока вероятность, что разработчик под ПЛИС задействует память или сумматор, или интерфейс какой-нибудь, поэтому в ПЛИС сразу есть какие-то реализованные в кремнии блоки. Когда пишешь на verilog под ПЛИС, например assign a = b + c, условный Vivado поймет, что в этом месте провода a, b и c надо подключить к встроенному в ПЛИС сумматору. Но если сумматоры закончились, то будут задействованы LUTы для создания.

2. Как сравнить скорости реализаций?

Для этого нужно запустить симуляцию в постимплементации (то есть с учетом реального оборудования, ресурсов ПЛИС, на которых будет запущено устройство. Vivado известны все задержки на кристалле).

Как проверить? В тестовом окружении моделируется ситуация, что в некоторый момент времени x на входы сумматора подаются какие-то данные. На выходе результат появляется не сразу, а через какое-то время. Собственно, нужно замерять, через какое время после изменения данных на входе на выходе появился устойчивый результат. Проверить для нескольких данных, взять максимальное время. Сравнить сумматоры.

Но тут надо помнить, что сравнение происходит для ПЛИС, а не для кремния. Это значит, что один и тот же код на разных ПЛИС может давать (и будет давать) разное время. При разных настройках оптимизации даже один и тот же код на одной ПЛИС может давать разное время (потому что, например, при других настройках были выбраны другие элементы ПЛИС расположенные дальше друг от друга). В некоторых случаях, при низкой разрядности сумматора и настройках оптимизации, последовательный сумматор на LUTах в ПЛИС может оказаться быстрее параллельного.

Все это любопытно поковырять, и исследовать самому, особенно если написать тестбенч, который сам автоматически замеряет время, только сумматоры ему разные подсовывай.

3. Как работает или где почитать про префиксный сумматор?

Вот такую презенташку хорошую нашел @HepoH3 ссылка

Также небольшое описание можно найти в книге Романова/Панчула "Цифровой синтез".

Если после просмотра не станет понятнее, то напиши еще раз, постараюсь объяснить или найти материалы получше. Если все будет понятно и вопросов не останется, то отметь коммент, как ответ.