先行进位加法器精要.doc
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实验四 32位先行进位加法器
功能概述
串行进位加法器延时很大，每级的输出结果都要等上一级的进位到来才可以求和算出结果，这次实验对普通全加器进行改良，改良为先行进位加法器。
先行进位加法器，各级的进位彼此是独立产生，只与输入数据A，B和C_in有关，将各级间的进位级联传播给去掉了，这样就可以减小进位产生的延时。每个等式与只有三级延迟的电路对应，第一级延迟对应进位产生信号和进位传递信号，后两级延迟对应上面的积之和。设二进制加法器第i位为Ai，Bi，输出为Si，进位输入为Ci，进位输出为Ci+1则有：
Si=Ai⊕Bi⊕Ci （1-1）
Ci+1?=Ai *?Bi+ Ai *Ci+ Bi*Ci?=Ai *?Bi+（Ai+Bi）* Ci
令Gi?= Ai?* Bi?, Pi?= Ai+Bi，则Ci+1= Gi+ Pi *Ci
当Ai和Bi都为1时，Gi?= 1， 产生进位Ci+1?= 1
当Ai和Bi有一个为1时，Pi?= 1，传递进位Ci+1= Ci
因此Gi定义为进位产生信号，Pi定义为进位传递信号。Gi的优先级比Pi高，也就是说：当Gi = 1时（当然此时也有Pi = 1），无条件产生进位，而不管Ci是多少当Gi=0而Pi=1时，进位输出为Ci跟Ci之前的逻辑有关。下面推导4位超前进位加法器。设4位加数和被加数为A和B，进位输入为Cin进位输出为Cout,对于第i位的进位产生Gi = Ai·Bi ,进位传递Pi=Ai+Bi , i=0,1,2,3于是这各级进位输出，递归的展开Ci，有：
C0 = Cin
C1=G0 + P0·C0
C2=G1 + P1·C1 = G1 + P1·G0 + P1·P0 ?C0
C3=G2 + P2·C2 = G2 + P2·G1 + P2·P1·G0 + P2·P1·P0·C0
C4=G3 + P3·C3 = G3 + P3·G2 + P3·P2·G1 + P3·P2·P1·G0 + P3·P2·P1·P0·C0
Cout=C4
由此可以看出，各级的进位彼此独立产生，只与输入数据和Cin有关
实验方案
方案一：分为两个模块：1个4位add_4和1个add_32，其中add_32调用4个add_4.
首先设计4位超前进位加法器：
框图如下：
设计好四位的之后，开始调用四位的实现32位的。
方案二：分为五个模块：（1）计算传播值和产生值模块：pg模块
（2）超前进位模块：cla模块
（3）加法求和模块：sum模块
（4）求和并按输出a，b，c_in分组：bit_slice模块
（5）32位超前进位加法器总模块：cla_32
总框图：
验证方案：
对32位的两个输入赋值：
当a=32b1000_0001_0111_1011_1101_1001_1101_1000;
b=32b0111_1000_0001_1000_1100_0111_0101_0001;
c_in=1b0;
结果：s=32b1111_1001_1001_0100_1010_0001_0010_1001;
当 a=32b1000_0001_0111_1011_1101_1001_1101_1000;
b=32b0111_1000_0001_1000_1100_0111_0101_0001;
c_in=1b1;
结果：s=32b1111_1001_1001_0100_1010_0001_0010_1010;
来对波形进行观察，看波形是否正确。
实验代码：
方案一：（1）add_32模块顶层模块：
（2）4位add_4模块
方案二：（1）cla_32顶层模块：
module cla_32(a,b,c_in,s,count );
input [31:0] a,b;
input c_in;
output [31:0] s;
output count;
wire [7:0] gg,gp,gc;
wire [3:0] ggg,ggp,ggc;
wire gggg,gggp;
bit_slice b1(.a(a[3:0]),.b(b[3:0]),.c_in(gc[0]),.s(s[3:0]),.gp(gp[0]),.gg(gg[0]));
bit_slice b2(.a(a[7:4]),.b(b[7:4]),.c_in(gc[1]),.s(s[7:4]),.gp(gp[1]),.gg(gg[1]));
bit_slice b3(.a(a[11:8]),.b(b[11:8]),.c_in(gc[2]),.s(s[11:8]),.gp(gp[2]),.gg(gg[2]));
bit_slice b4(.a(a
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