数据比较器在FPGA中的实现_fpga比较器的实现

1 RTL代码

module top_compare(
    input       I_sys_clk,
    input       I_reset_n,
    input [3:0] I_a      ,
    input [3:0] I_b      ,

    output  reg O_greater,
    output  reg O_less   ,
    output  reg O_equal

    );

always @(posedge I_sys_clk or negedge I_reset_n)
begin
    if(~I_reset_n) 
    begin
        O_greater <= 1'b0;
        O_less    <= 1'b0;
        O_equal   <= 1'b0;
    end 
    else
    begin
        O_greater <= (I_a >  I_b);
        O_less    <= (I_a <  I_b);
        O_equal   <= (I_a == I_b);

    end
end

endmodule
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1.1 RTL级结构

1.2 synthesis后结构

当数据位宽较小，比如为4位时，直接用LUT实现：

原理比较简单，纯纯的查表。

当数据位宽较大，比如位8位时，使用LUT和Carry Logic实现：

以判断 I_a > I_b 为例，总共使用8个LUT4。

第1个LUT输入 I_a[6]、I_b[6]、I_b[7]、I_a[7] ，不管其他位，如果这几位可以判断出 I_a > I_b （比如 I_a[7] = 1 且 I_b[7] = 0）则输出1，否则输出0。
第2个LUT判断 I_a[4]、I_b[4]、I_b[5]、I_a[5] 。
第3个LUT判断 I_a[2]、I_b[2]、I_b[3]、I_a[3] 。
第4个LUT判断 I_a[0]、I_b[0]、I_b[1]、I_a[1] 。

以上4个LUT的输出对应carry logic的进位生成输入DI。

第5个LUT输入 I_a[6]、I_b[6]、I_b[7]、I_a[7] ，如果 I_a[6] = I_b[6] 且 I_a[7] = I_b[7] ，则输出1，否则输出0。
同理其他LUT判断剩余bit。

以上4个LUT的输出对应carry logic的进位传送输入S。

我们知道，carry logic的CO输出为：

{ C O = D I , S = 0 C O = C I , S = 1 D I 与 C I 不 同 时 取 1 \left\{

$$\begin{aligned} CO = DI \quad,S=0 \\ CO = CI \quad,S=1 \\ DI与CI不同时取1 \end{aligned}$$ \right. ⎩⎪⎨⎪⎧​CO=DI,S=0CO=CI,S=1DI与CI不同时取1​

又有进位链的CYINIT接地，也就是说，判断的逻辑为：

1. 首先判断[1:0]是否相等，如果相等则CO[0] = 0。如果不相等则判断大小：输出进位CO[0] = I_a[1:0] > I_b[1:0] ? 1 : 0。
2. 然后判断[3:2]是否相等，如果相等则CO[1] = CO[0]。如果不相等则判断大小：输出进位CO[1] = I_a[3:2] > I_b[3:2] ? 1 : 0。
3. 同理判断[5:4]。
4. 最后判断[6:5]是否相等，如果相等，则根据之前的比较在CO[3]输出结果。如果不相等则CO[3] = I_a[6:5] > I_b[6:5] ? 1 : 0。
5. 最终，如果I_a > I_b，则CO[3] == 1。否则等于0。