20、FPGA 与图像处理在计算与车辆管理中的应用

FPGA 与图像处理在计算与车辆管理中的应用

1. FPGA 实现布伦特 - 孔并行前缀加法器

在数字系统里，二进制加法是核心操作，对数字系统的快速精确运行影响重大。近年来，计算机和电子技术迅猛发展，集成系统应用广泛，从低功耗低成本到高性能协处理器设计均有涉及。现场可编程门阵列（FPGA）作为重要的处理核心，能让用户在数字硬件设计中实现多种功能。

1.1 研究背景

几乎所有算术运算都以加法为基础，因此提高数字加法器性能可显著提升电路中二进制运算的执行效率。为实现面积、输出和延迟效率的优化，并行前缀加法器（PPA）应运而生，在超大规模集成电路（VLSI）芯片中应用广泛，与传统加法器架构相比，其性能有明显提升。

1.2 并行前缀加法器的工作原理

并行前缀加法器的整体结构包含三个阶段：
- 预处理块 ：此阶段生成信号生成（Gi）和传播（Pi）两个信号，计算公式如下：
- Pi = Ai XOR Bi
- Gi = Ai AND Bi
- 进位生成块 ：该块是并行前缀加法器的核心，在得出最终结果前，利用进位图计算进位。进位图由黑单元和灰单元构成。
- 黑单元 ：接收两组信号生成和传播（Gi, Pi）和（Gj, Pj），生成新的信号和传播集合（G, P），计算公式为：
- G = Gi OR (Pi AND Pj)
- P = Pi AND Pj
- 灰单元 ：接收两组生成和传播信号（Gi, Pi），并由（Gj,