csa_tree

我们开始分析 csa_tree.sv 的前 20 行，这是一个递归式 Carry-Save Adder Tree 模块，用于将任意数量的同位宽输入压缩为两组：sum 和 carry。

🧾 第 1 行：功能注释

// Recursive implementation of carry-save-adder (CSA) tree, to compress inputs with any size into sum and carry

📘 功能说明：该模块能接受任意数量的操作数，并递归地使用 CSA（或 Wallace 树）压缩，最终生成 sum_o 和 carry_o。

🔧 第 2–5 行：模块定义与参数

module csa_tree #(
    parameter int unsigned N = 8,           // size of inputs
    parameter int unsigned WIDTH_I = 8,     // bit-width of inputs
    parameter int unsigned WIDTH_O = WIDTH_I + pdpu_pkg::clog2(N)   // bit-width of outputs
)(
参数 含义
N 输入个数（例如部分积数）
WIDTH_I 每个输入的位宽
WIDTH_O 输出位宽，最大进位深度为 log2(N)

🔌 第 6–9 行：端口定义

    input logic [N-1:0][WIDTH_I-1:0] operands_i,
    output logic [WIDTH_O-1:0] sum_o,
    output logic [WIDTH_O-1:0] carry_o
);
名称 说明
operands_i 输入的 N 个操作数，每个为 WIDTH_I
sum_o 最终压缩结果的 sum 位
carry_o 最终压缩结果的 carry 位

🔁 第 10–12 行：递归拆分数量

localparam int unsigned N_A = N/2;
localparam int unsigned N_B = N - N_A;

📘 将 N 拆分为两部分 A 和 B，以便递归压缩。

🔂 第 14–19 行：递归压缩起始条件处理

generate
    if (N==1) begin
        assign sum_o = operands_i[0];
        assign carry_o = '0;
    end
    else if(N==2) begin
        assign sum_o = operands_i[0];

📌 基本情况：

  • 如果只有一个输入 ⇒ 输出为其本身
  • 如果两个输入 ⇒ 直接传给 sum（carry 置 0）

是否继续分析递归压缩情况（N ≥ 3）时如何使用 compressor_3to2 进行递归构建？

我们继续分析 csa_tree.sv 中第 41–60 行，主要是当输入数量 N > 4 时，递归拆分输入数组并分别调用自身 的过程：

🔁 行 43–44：定义局部输入拆分数组

logic [N_A-1:0][WIDTH_I-1:0] operands_i_A;
logic [N_B-1:0][WIDTH_I-1:0] operands_i_B;

📌 将原始输入 operands_i 分为两段：前半 A 和后半 B，用于递归处理。

🔢 行 45–48：局部输出信号定义

logic [WIDTH_O-1:0] sum_o_A;
logic [WIDTH_O-1:0] sum_o_B;
logic [WIDTH_O-1:0] carry_o_A;
logic [WIDTH_O-1:0] carry_o_B;

📘 两个子树的输出 sum 和 carry。

🔃 行 50–51：输入拆分连接

assign operands_i_A = operands_i[N_A-1:0];
assign operands_i_B = operands_i[N-1:N_A];

将 operands_i 切分为前 N_A 和后 N_B 两段输入。

🔁 行 53–59：第一个递归子树调用

csa_tree #(
    .N(N_A),
    .WIDTH_I(WIDTH_I),
    .WIDTH_O(WIDTH_O)
) ua_csa_tree(
    .operands_i(operands_i_A),

📌 调用自身，对 A 部分的操作数进行压缩。

接下来应会连接该子树的输出，并对 B 段重复相同过程。

是否继续分析第二个递归子树和最终组合输出的逻辑？

我们继续分析 csa_tree.sv 中的第 61–80 行，这部分完成了第二个子树的递归调用，并将两个子树的 sum 和 carry 输出组合压缩为最终输出：

🔁 行 61–63：第一个子树输出连接完成

.sum_o(sum_o_A),
.carry_o(carry_o_A)
);

📌 连接 ua_csa_tree 的两个输出。

🔁 行 65–71：第二个递归子树实例化

csa_tree #(
    .N(N_B),
    .WIDTH_I(WIDTH_I),
    .WIDTH_O(WIDTH_O)
) ub_csa_tree(
    .operands_i(operands_i_B),
    .sum_o(sum_o_B),
    .carry_o(carry_o_B)
);

📌 同样使用递归调用处理后半部分 B 的 N_B 个操作数。

🔧 行 73–74：组合两个子树的输出作为最终压缩输入

logic [3:0][WIDTH_O-1:0] operands_i_C;
assign operands_i_C = '{sum_o_A, carry_o_A, sum_o_B, carry_o_B};

📌 将两个子树共计四组输出作为新的输入 operands_i_C，用于最后一级压缩。

🧩 行 76–78：调用最终一级 compressor_4to2

compressor_4to2 #(
    .WIDTH_I(WIDTH_O),
    .WIDTH_O(WIDTH_O)

📘 将 4 个中间结果压缩成最终的 sum 和 carry 输出，结束整个 CSA Tree 的压缩过程。

是否继续查看这部分的模块实例连接和 endmodule？

我们完成对 csa_tree.sv 的分析。以下是最后几行的内容：

🔧 行 81–84：完成 compressor_4to2 实例化

) uc_compressor_4to2(
    .operands_i(operands_i_C),
    .sum_o(sum_o),
    .carry_o(carry_o)
);

📌 接收之前拼接的四组操作数 operands_i_C，输出最终压缩的 sum_o 和 carry_o。

🔚 行 85–87：结束 generate 和模块

end
endgenerate
endmodule

✅ 总结：CSA Tree 功能与结构

层级 操作
N = 1 直接输出
N = 2 sum = op[0], carry = op[1]
N = 3 使用 compressor_3to2
N = 4 使用 compressor_4to2
N > 4 分为两半递归调用，再用 compressor_4to2 合并输出

该结构高效压缩任意数量的同位宽输入，是 Booth/Wallace 乘法器中的关键模块。

是否将其转换为 Verilog-2001 格式？（去除 logic、generate 简化为结构化 if）

posted @ 2025-05-04 17:45  江左子固  阅读(41)  评论(0)    收藏  举报