高性能整数除法器

使用说明

特性

有符号/无符号除法实时切换
参数化配置除法器位宽(任何位宽都可以哦)
除法迭代加速，自动跳过商中的0，每次迭代生成至少1位商
锁存上一次除法结果，输入相同则直接结束计算

端口说明

参数化配置除法器位宽

除法器端口

仿真说明

需要安装iverilog v11及以上版本
Windows:视频教程
Linux:

sudo apt install make git gtkwave gcc g++ bison flex gperf autoconf
git clone -b v11_0 --depth=1 https://gitee.com/xiaowuzxc/iverilog/
cd iverilog
sh autoconf.sh
./configure
make
sudo make install
cd ..
rm -rf iverilog/

/tb目录提供了Makefile和批处理脚本，分别用于Linux与windows
Windows: 双击/tb/make.bat
Linux: /tb目录下，终端输入make

例化模板

hp_int_div #(
	.DIV_WIDTH(32)
) inst_hp_int_div (
	.clk           (clk          ),
	.rst_n         (rst_n        ),
	.su_dived_i    (su_dived_i   ),
	.su_divor_i    (su_divor_i   ),
	.signed_en     (signed_en    ),
	.div_in_valid  (div_in_valid ),
	.div_in_ready  (div_in_ready ),
	.div_res_data  (div_res_data ),
	.div_rem_data  (div_rem_data ),
	.div_out_valid (div_out_valid),
	.div_out_ready (div_out_ready)
);

原理说明

符号位的处理方式

高性能整数除法器内核为无符号设计，对于有符号除法，进行以下操作：

• 剥离被除数、除数的符号位，取绝对值
• 锁存被除数、除数的符号位
• 无符号除法
• 生成无符号商、余数
• 根据锁存的符号位，生成有符号商、余数

迭代加速原理

围绕被除数、除数的前导0，进行加速

如图所示，现有被除数A和除数B，它们都是WIDTH位宽度。其中AZ和BZ表示A和B中的前导0部分，AN和BN表示A和B中的有效数字部分。
注意，被除数A不仅表示初始状态的被除数，A还表示每一次除法迭代产生的中间余数。
按照传统除法计算方式，一次WIDTH位的除法需要进行WIDTH次迭代，迭代过程既可以左移除数，也可以右移被除数，目的是比较除数和被除数的高位，得到当前位的商和中间余数。第一次除法迭代需要对齐B的最低位和A的最高位，可以将A右移WIDTH-1位，然后比较移位后的A和B，判断中间余数和商。若移位后的A大于B，则最高位的商等于1，中间余数等于A减去左移WIDTH-1位的B；反之，最高位的商等于0，中间余数A等于被除数A。
显而易见的是，A中存在AZ长度的前导0，在此区间进行比较是无意义的；B中存在BN长度的有效数字，若B左移后A的有效数字比B更短，进行比较是无意义的；他们的“无意义”之处体现在每次迭代结果都是可预测的，当前位的商一定是0，中间余数不变。
观察A和B，可以发现，第一次有意义的比较和迭代，发生在AN和BN的最高位对齐的时刻，当前位的商和中间余数都由AN和BN的具体值决定。
将被除数引申至中间余数A，可以发现他们有着相同的规律，即中间余数A的前导0也会成为冗余。至此，可以明确除法器高性能整数除法器的特点，即每次迭代可以跳过前导0带来的冗余。
本除法器选择右移A比较，左移B产生下一次的中间余数A。每一次迭代， A右移的次数为BZ-AZ，这样可以让AN和BN的最高位对齐，实现最高效的计算。
最后一次迭代，极有可能AZ小于BZ，此时A不会移位，最低位的商等于0，此时的A作为余数。

临界值的处理方式

资源与时序表现

例化参数DIV_WIDTH等于32