Vivado全加器实验

### Vivado 全加器实验教程 #### 1. **全加器设计概述** 全加器是一种基本的算术逻辑单元，用于实现两个二进制数相加的功能。在FPGA开发中，通过Vivado工具可以完成从设计到仿真的全过程。对于一位全加器的设计，其核心功能是接收三个输入信号（两个被加数和一个低位进位），并输出两个结果信号（本位求和与高位进位）。基于此基础模块，可以通过级联的方式扩展至多位全加器。 以下是具体的设计流程： --- #### 2. **编写Verilog代码** ##### (1) **一位全加器代码** 以下是一个标准的一位全加器的Verilog实现[^1]： ```verilog module Full_Adder_1bit ( input A, input B, input CarryIn, output Sum, output CarryOut ); assign Sum = A ^ B ^ CarryIn; assign CarryOut = (A & B) | (B & CarryIn) | (A & CarryIn); endmodule ``` ##### (2) **四位全加器代码** 利用上述一位全加器作为子模块，构建四位全加器[^2]： ```verilog `timescale 1ns / 1ps module adder_4bit ( input [3:0] add_a, input [3:0] add_b, input add_cin, output reg [3:0] sum_out, output reg carryout ); wire [3:0] wire_count; Full_Adder_1bit add1 (.A(add_a[0]), .B(add_b[0]), .CarryIn(add_cin), .Sum(sum_out[0]), .CarryOut(wire_count[0])); Full_Adder_1bit add2 (.A(add_a[1]), .B(add_b[1]), .CarryIn(wire_count[0]), .Sum(sum_out[1]), .CarryOut(wire_count[1])); Full_Adder_1bit add3 (.A(add_a[2]), .B(add_b[2]), .CarryIn(wire_count[1]), .Sum(sum_out[2]), .CarryOut(wire_count[2])); Full_Adder_1bit add4 (.A(add_a[3]), .B(add_b[3]), .CarryIn(wire_count[2]), .Sum(sum_out[3]), .CarryOut(carryout)); endmodule ``` --- #### 3. **Testbench 编写** 为了验证设计的正确性，需创建测试平台(Testbench)[^3]。以下为对应的Testbench代码示例： ```verilog `timescale 1ns / 1ps module tb_adder_4bit(); reg [3:0] a; reg [3:0] b; reg cin; wire [3:0] sum; wire cout; // 实例化待测模块 adder_4bit uut ( .add_a(a), .add_b(b), .add_cin(cin), .sum_out(sum), .carryout(cout) ); initial begin // 初始化输入 a = 4'b0000; b = 4'b0000; cin = 1'b0; #10; // 延迟10个时间单位 {a, b, cin} = {4'b0011, 4'b0101, 1'b0}; // 输入数据组合 #10; {a, b, cin} = {4'b1111, 4'b0001, 1'b1}; #10; $stop; // 结束仿真 end endmodule ``` --- #### 4. **仿真与分析** 在Vivado环境中加载Testbench后运行仿真，可得到波形图以观察各信号的变化情况。此外，还可以生成RTL视图、综合后的原理图以及资源利用率报告等辅助文档[^2]。 - **仿真图**：显示输入输出信号随时间变化的关系。 - **RTL图**：反映电路结构层次关系。 - **综合后原理图**：体现实际硬件映射效果。 - **功耗图**：评估芯片工作状态下的能量消耗水平。 - **最大延迟**：衡量系统性能瓶颈所在位置。 --- #### 5. **总结** 通过对一位全加器及其扩展形式——四位全加器的设计实践，能够深入理解数字电路的基本构成方式，并掌握使用Vivado进行FPGA项目开发的关键技能。这不仅有助于巩固理论知识，还能提升动手能力，在未来更复杂的工程项目中打下坚实的基础。 ---