一種基于FPGA的AGWN信號生成器的設(shè)計

　　2．3 乘法系數(shù)電路的設(shè)計與實現(xiàn)

　　2．3．1 設(shè)計思想

　　乘法器設(shè)計是FPGA設(shè)計中的一個難點，有很多種算法來實現(xiàn)它。可以采用移位加實現(xiàn)，在GF(28)域上乘法是這樣進行的：乘以2相當(dāng)于將該8位二進制數(shù)向高位移一位，如果此8位二進制數(shù)的最高位為1，則需要將移位結(jié)果異或8位二進制數(shù)00000001。還有一種方法就是，在代碼中直接將乘法寫成*，讓綜合工具自己去綜合出可用的硬件電路。本文采用綜合工具自帶的模塊電路。

　　2．3．2 電路實現(xiàn)

　　設(shè)計對時序要求較嚴格。乘法器電路必須用到三個寄存器以用來保存加法器串行輸出的連續(xù)8個PN碼，乘法系數(shù)和乘積。

　　在reset之后，PN序列發(fā)生電路已經(jīng)產(chǎn)生第一個輸出碼，同時加法器也將結(jié)果運算出來，但這時乘數(shù)寄存器中只有最低位是有用的剛傳進來的一位碼，其他位還是無用信號，只有到了8個時鐘信號之后，乘數(shù)寄存器中才保存了8個連續(xù)的有用的PN碼，這時必須很快地進行乘法運算并將結(jié)果保存在乘積寄存器中，第9個時鐘信號到來時乘法運算必須進行完畢，空閑出來的乘數(shù)寄存器用來寄存后面的8個連續(xù)的PN碼，然后一直這樣循環(huán)工作。8個乘數(shù)寄存器保存PN碼時鐘信號后，立即進行乘法運算并保存乘積，這就要求乘積寄存器空出來，為了空出乘積寄存器，第8個時鐘到來時必須將乘積寄存器中的數(shù)據(jù)一位一位串行輸出。乘積寄存器中有16位二進制數(shù)，這就要求一個時鐘信號的2倍頻信號作為乘積寄存器串行輸出的時鐘信號。基于以上問題的考慮，乘法電路用綜合工具自己生成的8位乘法器，該模塊電路中還要用到一個2倍頻電路，這也用綜合工具自帶的模塊電路。

　　3 綜合、仿真結(jié)果

　　在QuartusⅡ集成了多種設(shè)計輸入方式，并可使用Assignment Editor(分配編輯器)方便地設(shè)定管腳約束和時序約束，正確地使用時序約束可以得到設(shè)計的詳細時序報告，便于分析設(shè)計是否滿足時序要求。在整個設(shè)計流程中，完成了設(shè)計輸入以及成功綜合、布局布線，只能說明設(shè)計符合一定的語法規(guī)范，但其是否滿足設(shè)計者的功能要求并不能保證，這需要通過仿真進行驗證。

　　3．1 功能仿真

　　功能仿真(前仿真)，不帶時延信息，對電路物理行為進行仿真，速度較快。

　　圖2是對頂層模塊(AGWN模塊)進行功能仿真后在不同時段的波形。由圖中可以看出，輸出序列具有隨機性。

　　圖3～圖5分別是對各個分模塊進行前仿真后的波形圖。圖3是8個PN序列發(fā)生器的仿真波形圖。

　　圖4是加法器模塊的仿真波形：因為reset之后的第一個clk上升沿輸出的是PN序列的第二個碼字，第一個碼字在reset同時已經(jīng)輸出，加法電路是一個組合電路，所以加法器的輸出(addi／addq)在系統(tǒng)剛啟動時不會出現(xiàn)不確定值。