multiply: Use DSP48 slices for multiplication on Xilinx FPGAs
This adds a custom implementation of the multiplier which uses 16 DSP48E1 slices to do a 64x64 bit multiplication in 2 cycles. Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>pull/208/head
parent
9880fc7435
commit
0809bc898b
@ -0,0 +1,985 @@
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library ieee;
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use ieee.std_logic_1164.all;
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use ieee.numeric_std.all;
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library work;
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use work.common.all;
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library unisim;
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use unisim.vcomponents.all;
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entity multiply is
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port (
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clk : in std_logic;
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m_in : in Execute1ToMultiplyType;
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m_out : out MultiplyToExecute1Type
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);
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end entity multiply;
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architecture behaviour of multiply is
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signal m00_p, m01_p, m02_p, m03_p : std_ulogic_vector(47 downto 0);
|
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|
signal m00_pc : std_ulogic_vector(47 downto 0);
|
||||||
|
signal m10_p, m11_p, m12_p, m13_p : std_ulogic_vector(47 downto 0);
|
||||||
|
signal m11_pc, m12_pc, m13_pc : std_ulogic_vector(47 downto 0);
|
||||||
|
signal m20_p, m21_p, m22_p, m23_p : std_ulogic_vector(47 downto 0);
|
||||||
|
signal s0_pc, s1_pc : std_ulogic_vector(47 downto 0);
|
||||||
|
signal product_lo : std_ulogic_vector(31 downto 0);
|
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|
signal product : std_ulogic_vector(127 downto 0);
|
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|
signal addend : std_ulogic_vector(127 downto 0);
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|
signal s0_carry, p0_carry : std_ulogic_vector(3 downto 0);
|
||||||
|
signal p0_mask : std_ulogic_vector(47 downto 0);
|
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signal p0_pat, p0_patb : std_ulogic;
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signal p1_pat, p1_patb : std_ulogic;
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signal req_32bit, r32_1 : std_ulogic;
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signal req_neg, rneg_1 : std_ulogic;
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signal valid_1 : std_ulogic;
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begin
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addend <= (others => m_in.neg_result);
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m00: DSP48E1
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generic map (
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ACASCREG => 0,
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|
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|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
OPMODEREG => 0,
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||||||
|
PREG => 0
|
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|
)
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port map (
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|
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|
||||||
|
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|
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|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
BCIN => (others => '0'),
|
||||||
|
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|
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|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
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|
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|
||||||
|
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|
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|
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|
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|
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|
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||||||
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RSTM => '0',
|
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RSTP => '0'
|
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);
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|
m01: DSP48E1
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generic map (
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ACASCREG => 0,
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
||||||
|
CARRYINSELREG => 0,
|
||||||
|
INMODEREG => 0,
|
||||||
|
OPMODEREG => 0,
|
||||||
|
PREG => 0
|
||||||
|
)
|
||||||
|
port map (
|
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|
A => "0000000" & m_in.data1(22 downto 0),
|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
BCIN => (others => '0'),
|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
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CEA1 => '0',
|
||||||
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CEA2 => '0',
|
||||||
|
CEAD => '0',
|
||||||
|
CEALUMODE => '0',
|
||||||
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CEB1 => '0',
|
||||||
|
CEB2 => '0',
|
||||||
|
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|
||||||
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|
||||||
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|
||||||
|
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|
||||||
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
||||||
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|
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|
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|
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|
||||||
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
RSTC => '0',
|
||||||
|
RSTCTRL => '0',
|
||||||
|
RSTD => '0',
|
||||||
|
RSTINMODE => '0',
|
||||||
|
RSTM => '0',
|
||||||
|
RSTP => '0'
|
||||||
|
);
|
||||||
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|
m02: DSP48E1
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generic map (
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|
ACASCREG => 0,
|
||||||
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|
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|
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|
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|
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|
||||||
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|
||||||
|
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|
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|
||||||
|
)
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||||||
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port map (
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|
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|
||||||
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|
||||||
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
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|
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||||||
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|
||||||
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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||||||
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||||||
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||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
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|
||||||
|
RSTM => '0',
|
||||||
|
RSTP => '0'
|
||||||
|
);
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|
m03: DSP48E1
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generic map (
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
)
|
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port map (
|
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|
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|
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|
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|
||||||
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|
||||||
|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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||||||
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||||||
|
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|
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|
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|
RSTINMODE => '0',
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||||||
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m10: DSP48E1
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port map (
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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RSTINMODE => '0',
|
||||||
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|
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|
RSTP => '0'
|
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|
);
|
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|
|
||||||
|
m11: DSP48E1
|
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generic map (
|
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ACASCREG => 0,
|
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|
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|
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|
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|
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|
||||||
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|
||||||
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|
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OPMODEREG => 0,
|
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|
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|
)
|
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port map (
|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
||||||
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|
||||||
|
RSTC => '0',
|
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|
RSTCTRL => '0',
|
||||||
|
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|
||||||
|
RSTINMODE => '0',
|
||||||
|
RSTM => '0',
|
||||||
|
RSTP => '0'
|
||||||
|
);
|
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|
|
||||||
|
m12: DSP48E1
|
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|
generic map (
|
||||||
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ACASCREG => 0,
|
||||||
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|
||||||
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|
||||||
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|
||||||
|
BREG => 0,
|
||||||
|
CARRYINREG => 0,
|
||||||
|
CARRYINSELREG => 0,
|
||||||
|
CREG => 0,
|
||||||
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INMODEREG => 0,
|
||||||
|
OPMODEREG => 0,
|
||||||
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PREG => 0
|
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|
)
|
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port map (
|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
||||||
|
CEA2 => '0',
|
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CEAD => '0',
|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
);
|
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|
|
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|
m13: DSP48E1
|
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generic map (
|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
)
|
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port map (
|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
||||||
|
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|
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|
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|
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|
RSTP => '0'
|
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|
);
|
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|
|
||||||
|
m20: DSP48E1
|
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generic map (
|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
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|
)
|
||||||
|
port map (
|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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);
|
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|
|
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|
m21: DSP48E1
|
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generic map (
|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
)
|
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port map (
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|
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|
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|
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|
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|
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|
||||||
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|
||||||
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|
||||||
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|
||||||
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|
||||||
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|
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|
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|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
||||||
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|
||||||
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|
||||||
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
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|
|
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|
m22: DSP48E1
|
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|
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|
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|
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port map (
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
||||||
|
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|
||||||
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|
||||||
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|
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|
|
||||||
|
m23: DSP48E1
|
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generic map (
|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
)
|
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port map (
|
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|
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|
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|
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|
||||||
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
||||||
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|
||||||
|
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|
||||||
|
RSTD => '0',
|
||||||
|
RSTINMODE => '0',
|
||||||
|
RSTM => '0',
|
||||||
|
RSTP => '0'
|
||||||
|
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|
||||||
|
|
||||||
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s0: DSP48E1
|
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generic map (
|
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|
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|
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|
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|
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|
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)
|
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port map (
|
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|
||||||
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|
||||||
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|
||||||
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|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
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|
||||||
|
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|
||||||
|
CEA2 => '1',
|
||||||
|
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|
||||||
|
CEALUMODE => '0',
|
||||||
|
CEB1 => '0',
|
||||||
|
CEB2 => '1',
|
||||||
|
CEC => '1',
|
||||||
|
CECARRYIN => '0',
|
||||||
|
CECTRL => '0',
|
||||||
|
CED => '0',
|
||||||
|
CEINMODE => '0',
|
||||||
|
CEM => '0',
|
||||||
|
CEP => '0',
|
||||||
|
CLK => clk,
|
||||||
|
D => (others => '0'),
|
||||||
|
INMODE => "00000",
|
||||||
|
MULTSIGNIN => '0',
|
||||||
|
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|
||||||
|
PCIN => (others => '0'),
|
||||||
|
PCOUT => s0_pc,
|
||||||
|
RSTA => '0',
|
||||||
|
RSTALLCARRYIN => '0',
|
||||||
|
RSTALUMODE => '0',
|
||||||
|
RSTB => '0',
|
||||||
|
RSTC => '0',
|
||||||
|
RSTCTRL => '0',
|
||||||
|
RSTD => '0',
|
||||||
|
RSTINMODE => '0',
|
||||||
|
RSTM => '0',
|
||||||
|
RSTP => '0'
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
s1: DSP48E1
|
||||||
|
generic map (
|
||||||
|
ACASCREG => 1,
|
||||||
|
ALUMODEREG => 0,
|
||||||
|
AREG => 1,
|
||||||
|
BCASCREG => 1,
|
||||||
|
BREG => 1,
|
||||||
|
CARRYINREG => 0,
|
||||||
|
CARRYINSELREG => 0,
|
||||||
|
CREG => 1,
|
||||||
|
INMODEREG => 0,
|
||||||
|
MREG => 0,
|
||||||
|
OPMODEREG => 0,
|
||||||
|
PREG => 0,
|
||||||
|
USE_MULT => "none"
|
||||||
|
)
|
||||||
|
port map (
|
||||||
|
A => x"000" & m22_p(41 downto 24),
|
||||||
|
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|
||||||
|
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|
||||||
|
B => m22_p(23 downto 6),
|
||||||
|
BCIN => (others => '0'),
|
||||||
|
C => m23_p(36 downto 0) & x"00" & "0" & m20_p(41 downto 40),
|
||||||
|
CARRYCASCIN => '0',
|
||||||
|
CARRYIN => s0_carry(3),
|
||||||
|
CARRYINSEL => "000",
|
||||||
|
CEA1 => '0',
|
||||||
|
CEA2 => '1',
|
||||||
|
CEAD => '0',
|
||||||
|
CEALUMODE => '0',
|
||||||
|
CEB1 => '0',
|
||||||
|
CEB2 => '1',
|
||||||
|
CEC => '1',
|
||||||
|
CECARRYIN => '0',
|
||||||
|
CECTRL => '0',
|
||||||
|
CED => '0',
|
||||||
|
CEINMODE => '0',
|
||||||
|
CEM => '0',
|
||||||
|
CEP => '0',
|
||||||
|
CLK => clk,
|
||||||
|
D => (others => '0'),
|
||||||
|
INMODE => "00000",
|
||||||
|
MULTSIGNIN => '0',
|
||||||
|
OPMODE => "0001111",
|
||||||
|
PCIN => (others => '0'),
|
||||||
|
PCOUT => s1_pc,
|
||||||
|
RSTA => '0',
|
||||||
|
RSTALLCARRYIN => '0',
|
||||||
|
RSTALUMODE => '0',
|
||||||
|
RSTB => '0',
|
||||||
|
RSTC => '0',
|
||||||
|
RSTCTRL => '0',
|
||||||
|
RSTD => '0',
|
||||||
|
RSTINMODE => '0',
|
||||||
|
RSTM => '0',
|
||||||
|
RSTP => '0'
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
-- mask is 0 for 32-bit ops, 0x0000ffffffff for 64-bit
|
||||||
|
p0_mask(47 downto 31) <= (others => '0');
|
||||||
|
p0_mask(30 downto 0) <= (others => not r32_1);
|
||||||
|
|
||||||
|
p0: DSP48E1
|
||||||
|
generic map (
|
||||||
|
ACASCREG => 1,
|
||||||
|
ALUMODEREG => 1,
|
||||||
|
AREG => 1,
|
||||||
|
BCASCREG => 1,
|
||||||
|
BREG => 1,
|
||||||
|
CARRYINREG => 0,
|
||||||
|
CARRYINSELREG => 0,
|
||||||
|
CREG => 1,
|
||||||
|
INMODEREG => 0,
|
||||||
|
MREG => 0,
|
||||||
|
OPMODEREG => 0,
|
||||||
|
PREG => 0,
|
||||||
|
SEL_MASK => "C",
|
||||||
|
USE_MULT => "none",
|
||||||
|
USE_PATTERN_DETECT => "PATDET"
|
||||||
|
)
|
||||||
|
port map (
|
||||||
|
A => m21_p(22 downto 0) & m03_p(5 downto 0) & '0',
|
||||||
|
ACIN => (others => '0'),
|
||||||
|
ALUMODE => "00" & rneg_1 & '0',
|
||||||
|
B => (others => '0'),
|
||||||
|
BCIN => (others => '0'),
|
||||||
|
C => p0_mask,
|
||||||
|
CARRYCASCIN => '0',
|
||||||
|
CARRYIN => '0',
|
||||||
|
CARRYINSEL => "000",
|
||||||
|
CARRYOUT => p0_carry,
|
||||||
|
CEA1 => '0',
|
||||||
|
CEA2 => '1',
|
||||||
|
CEAD => '0',
|
||||||
|
CEALUMODE => '1',
|
||||||
|
CEB1 => '0',
|
||||||
|
CEB2 => '1',
|
||||||
|
CEC => '1',
|
||||||
|
CECARRYIN => '0',
|
||||||
|
CECTRL => '0',
|
||||||
|
CED => '0',
|
||||||
|
CEINMODE => '0',
|
||||||
|
CEM => '0',
|
||||||
|
CEP => '0',
|
||||||
|
CLK => clk,
|
||||||
|
D => (others => '0'),
|
||||||
|
INMODE => "00000",
|
||||||
|
MULTSIGNIN => '0',
|
||||||
|
OPMODE => "0010011",
|
||||||
|
P => product(79 downto 32),
|
||||||
|
PATTERNDETECT => p0_pat,
|
||||||
|
PATTERNBDETECT => p0_patb,
|
||||||
|
PCIN => s0_pc,
|
||||||
|
RSTA => '0',
|
||||||
|
RSTALLCARRYIN => '0',
|
||||||
|
RSTALUMODE => '0',
|
||||||
|
RSTB => '0',
|
||||||
|
RSTC => '0',
|
||||||
|
RSTCTRL => '0',
|
||||||
|
RSTD => '0',
|
||||||
|
RSTINMODE => '0',
|
||||||
|
RSTM => '0',
|
||||||
|
RSTP => '0'
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
p1: DSP48E1
|
||||||
|
generic map (
|
||||||
|
ACASCREG => 1,
|
||||||
|
ALUMODEREG => 1,
|
||||||
|
AREG => 1,
|
||||||
|
BCASCREG => 1,
|
||||||
|
BREG => 1,
|
||||||
|
CARRYINREG => 0,
|
||||||
|
CARRYINSELREG => 0,
|
||||||
|
CREG => 0,
|
||||||
|
INMODEREG => 0,
|
||||||
|
MASK => x"000000000000",
|
||||||
|
MREG => 0,
|
||||||
|
OPMODEREG => 0,
|
||||||
|
PREG => 0,
|
||||||
|
USE_MULT => "none",
|
||||||
|
USE_PATTERN_DETECT => "PATDET"
|
||||||
|
)
|
||||||
|
port map (
|
||||||
|
A => x"0000000" & '0' & m21_p(41),
|
||||||
|
ACIN => (others => '0'),
|
||||||
|
ALUMODE => "00" & rneg_1 & '0',
|
||||||
|
B => m21_p(40 downto 23),
|
||||||
|
BCIN => (others => '0'),
|
||||||
|
C => (others => '0'),
|
||||||
|
CARRYCASCIN => '0',
|
||||||
|
CARRYIN => p0_carry(3),
|
||||||
|
CARRYINSEL => "000",
|
||||||
|
CEA1 => '0',
|
||||||
|
CEA2 => '1',
|
||||||
|
CEAD => '0',
|
||||||
|
CEALUMODE => '1',
|
||||||
|
CEB1 => '0',
|
||||||
|
CEB2 => '1',
|
||||||
|
CEC => '0',
|
||||||
|
CECARRYIN => '0',
|
||||||
|
CECTRL => '0',
|
||||||
|
CED => '0',
|
||||||
|
CEINMODE => '0',
|
||||||
|
CEM => '0',
|
||||||
|
CEP => '0',
|
||||||
|
CLK => clk,
|
||||||
|
D => (others => '0'),
|
||||||
|
INMODE => "00000",
|
||||||
|
MULTSIGNIN => '0',
|
||||||
|
OPMODE => "0010011",
|
||||||
|
P => product(127 downto 80),
|
||||||
|
PATTERNDETECT => p1_pat,
|
||||||
|
PATTERNBDETECT => p1_patb,
|
||||||
|
PCIN => s1_pc,
|
||||||
|
RSTA => '0',
|
||||||
|
RSTALLCARRYIN => '0',
|
||||||
|
RSTALUMODE => '0',
|
||||||
|
RSTB => '0',
|
||||||
|
RSTC => '0',
|
||||||
|
RSTCTRL => '0',
|
||||||
|
RSTD => '0',
|
||||||
|
RSTINMODE => '0',
|
||||||
|
RSTM => '0',
|
||||||
|
RSTP => '0'
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
product(31 downto 0) <= product_lo xor (31 downto 0 => req_neg);
|
||||||
|
|
||||||
|
mult_out: process(all)
|
||||||
|
variable ov : std_ulogic;
|
||||||
|
begin
|
||||||
|
-- set overflow if the high bits are neither all zeroes nor all ones
|
||||||
|
if req_32bit = '0' then
|
||||||
|
ov := not ((p1_pat and p0_pat) or (p1_patb and p0_patb));
|
||||||
|
else
|
||||||
|
ov := not ((p1_pat and p0_pat and not product(31)) or
|
||||||
|
(p1_patb and p0_patb and product(31)));
|
||||||
|
end if;
|
||||||
|
|
||||||
|
m_out.result <= product;
|
||||||
|
m_out.overflow <= ov;
|
||||||
|
end process;
|
||||||
|
|
||||||
|
process(clk)
|
||||||
|
begin
|
||||||
|
if rising_edge(clk) then
|
||||||
|
product_lo <= m10_p(8 downto 0) & m01_p(5 downto 0) & m00_p(16 downto 0);
|
||||||
|
m_out.valid <= valid_1;
|
||||||
|
valid_1 <= m_in.valid;
|
||||||
|
req_32bit <= r32_1;
|
||||||
|
r32_1 <= m_in.is_32bit;
|
||||||
|
req_neg <= rneg_1;
|
||||||
|
rneg_1 <= m_in.neg_result;
|
||||||
|
end if;
|
||||||
|
end process;
|
||||||
|
|
||||||
|
end architecture behaviour;
|
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