介绍
其实我们知道,用FPGA实现乘法器并不是一件很简单的事,而且在FPGA中也有乘法器的IP核可以直接调用,我这里完全就是为了熟悉一些FPGA的语法然后写了这样一个电路。
串-并型乘法器模块
从字面上看,串-并乘法器就是其中一个乘数是串行的,另一位乘数是并行的。我在这里只描述一下模块的输入输出端口,相比于并行乘法器,串-并型乘法器占用的资源更少。

在这里,a是串行的数据,b是并行的4位数据,output也是串行的数据。
设计文件
这里我把基础的与门,D触发器和乘法器都给省略掉了。
--pipe元件
library ieee;
 use ieee.std_logic_1164.all;
 use work.my_component.all;
 entity pipe is
     port( a,b,clk,rst : in std_logic;
             d_reg_out : out std_logic);
 end entity;
 architecture behavior of pipe is
     signal f_add_outc,cin,f_add_outs : std_logic;
 begin 
     u1 : component f_add
     port map(a,b,cin,f_add_outs,f_add_outc);
     u2 : component d_reg
     port map(f_add_outc,clk,rst,cin);
     u3 : component d_reg 
     port map(f_add_outs,clk,rst,d_reg_out);
 end architecture;
--packeg声明元件
library ieee;
 use ieee.std_logic_1164.all;
 package my_component is
 ------------------------------------
 component and_2 is
     port( a,b : in std_logic;
             and_2_out: out std_logic);
 end component;
 ------------------------------------
 component d_reg is
     port( d_reg_in,clk,rst : in std_logic;
             d_reg_out : out std_logic);
 end component;
 ------------------------------------
 component f_add is
     port (a,b,cin : in std_logic;
             f_add_outs,f_add_outc : out std_logic);
 end component;
 ------------------------------------
 component pipe is
     port( a,b,clk,rst : in std_logic;
             d_reg_out : out std_logic);
 end component;
 end package;
顶层文件
library ieee;
 use ieee.std_logic_1164.all;
 use work.my_component.all;
 entity multiplier is
     port( a,rst,clk : in std_logic;
             b : in std_logic_vector(3 downto 0);
             output : out std_logic);
 end entity;
 architecture behavior of multiplier is
     signal and_out,reg_out : std_logic_vector(3 downto 0);
 begin
     u1: component and_2 port map(a,b(3),and_out(3));
     u2: component and_2 port map(a,b(2),and_out(2));
     u3: component and_2 port map(a,b(1),and_out(1));
     u4: component and_2 port map(a,b(0),and_out(0));
     u5: component d_reg port map(and_out(3),clk,rst,reg_out(3));
     u6: component pipe port map(and_out(2),reg_out(3),clk,rst,reg_out(2));
     u7: component pipe port map(and_out(1),reg_out(2),clk,rst,reg_out(1));
     u8: component pipe port map(and_out(0),reg_out(1),clk,rst,reg_out(0));
     output <= reg_out(0);
 end behavior;
测试文件
在测试文件中,我只对顶层文件进行了测试,有兴趣的小伙伴可以对各个信号进行仿真验证。
library ieee;
 use ieee.std_logic_1164.all;
 use work.my_component.all;
 entity tb_multiplier is
     
 end entity;
 architecture behavior of tb_multiplier is
     component multiplier is
         port( a,rst,clk : in std_logic;
                 b : in std_logic_vector(3 downto 0);
                 output : out std_logic);
     end component;
     signal a,rst,clk : std_logic := '0';
     signal output : std_logic := '1'; 
     signal b : std_logic_vector(3 downto 0);
 begin
     dut : multiplier
     port map(a,rst,clk,b,output);
     process
     begin
         clk <= '1';
         wait for 10ns;
         clk <= '0';
         wait for 10ns;
     end process;
     process
     begin
         a <= '0';
         b <= "1101";
         wait for 40ns;
         a <= '1';
         wait for 40ns;
         a <= '0';
         wait for 80ns;
     end process;
 end architecture;
仿真结果

在仿真测试中,我们把a看作是4位串行的数据,我们看黄线中间的8位数据,a是0011,后面紧跟4个0,b是1101,输出结果是10011100,对应十进制数相乘,结果是正确的。
结语
确实是不太好写的,对于这种比较复杂的电路,一定要去建立一个一个的元件,然后将各个元件进行连接,这样会容易很多。
更完整的代码在相关的压缩包,有问题大家留言。