2 个 VHDL 数字在 1 个时钟周期内相加的宽度是否有任何限制？

Question

我正在考虑在 VHDL 中添加两个 1024 位数字。

理想情况下，我想达到 100 MHz 的时钟频率。

目标是 Xilinx 7 系列。

2个数相加时，难免有进位。由于在计算出右侧的位之前无法计算左侧的进位位，因此对我来说似乎应该限制寄存器的宽度并且仍然可以在 1 个时钟周期内添加。

这是我的问题：

1.)FPGA是这样加数的吗？或者他们是否有某种不受进位问题影响的执行加法的方法？

2.) 宽度有限制吗？如果是这样，1024 是否在 100 MHz 时钟的合理范围内，还是自找麻烦？

Answer 1

也许这个可行，没试过：

library ieee;
USE ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.numeric_std.all;

entity Calculator is
  generic(
            num_length : integer := 1024
         ); 
    port(
            EN: in std_logic;
            clk: in std_logic;
            number1 : in std_logic_vector((num_length) - 1 downto 0);
            number2 : in std_logic_vector((num_length) - 1 downto 0);
            CTRL    : in std_logic_vector(2 downto 0);
            result  : out std_logic_vector(((num_length * 2) - 1) downto 0));
end Calculator;
    
architecture Beh of Calculator is
    signal temp : unsigned(((num_length * 2) - 1) downto 0) := (others => '0');
 begin
 
    result <= std_logic_vector(temp);
 
    process(EN, clk)
        begin
            if EN ='0' then
                temp <= (others => '0');
            elsif (rising_edge(clk))then
            
                case ctrl is
                    when "00" => temp <= unsigned(number1) + unsigned(number2);
                    when "01" => temp <= unsigned(number1) - unsigned(number2);
                    when "10" => temp <= unsigned(number1) * unsigned(number2);
                    when "11" => temp <= unsigned(number1) / unsigned(number2);
                end case;
            end if;                 
    end process;
end Beh;

Answer 2

没有。你只需要选择一个合适的长时钟周期即可。

实际上，虽然没有基本限制，但对于任何给定的周期时间，都会有一些限制，具体取决于 FPGA 技术。

在 1024 位，我会考虑打破加法并对其进行流水线化。

作为单个周期实现，我希望 1024 位加法的速度大约为 5，也许是 10 MHz。（这很容易检查：合成一个并查看时序报告！）

流水线并不是克服该限制的唯一方法。

还有“快速加法器”架构，如进位先行、进位保存（通过常用资源获取详细信息）......当 FPGA 将快速进位链构建到 LUT 结构中时，这些架构几乎已经过时了，但它们可能有像你这样的利基用途。然而，它们可能无法得到合成的最佳支持，因为（对于大多数目的）快速进位链就足够了。

2 个 VHDL 数字在 1 个时钟周期内相加的宽度是否有任何限制？

Is There Any Limit to How Wide 2 VHDL Numbers Can Be To Add Them In 1 Clock Cycle?

fpga

vhdl

xilinx