FPGA的經(jīng)驗(yàn)分享

在IC工業(yè)中有許多不同的領(lǐng)域，IC設(shè)計(jì)者的特征也會(huì)有些不同。在A領(lǐng)域的一個(gè)好的IC設(shè)計(jì)者也許會(huì)花很長(zhǎng)時(shí)間去熟悉B領(lǐng)域的知識(shí)。在我們職業(yè)生涯的開(kāi)始，我們應(yīng)該問(wèn)我們自己一些問(wèn)題，我們想要成為怎樣的IC設(shè)計(jì)者？消費(fèi)？PC外圍？通信？微處理器或DSP？等等？

IC設(shè)計(jì)的基本規(guī)則和流程是一樣的，無(wú)論啥樣的都會(huì)加到其中。HDL，FPGA和軟件等是幫助我們理解芯片的最好工具。IC的靈魂是知識(shí)。因此我們遇到的第一個(gè)挑戰(zhàn)將是獲得設(shè)計(jì)的相關(guān)信息，然后理解信息并應(yīng)用它。

但是有些信息不是免費(fèi)的，我們需要加入一些協(xié)會(huì)或從如IEEE/ISO等那些組織購(gòu)買一些文檔。設(shè)計(jì)者應(yīng)該有很強(qiáng)的背景知識(shí)來(lái)很快的理解他們，甚至能改進(jìn)存在的標(biāo)準(zhǔn)或。一個(gè)好的設(shè)計(jì)者應(yīng)該應(yīng)該有足夠的設(shè)計(jì)技能和工具應(yīng)用知識(shí)并且不斷的積累他們。

例如：8口以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換HUB控制器

需要知識(shí)：IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，包括10MHZ以太網(wǎng)和100MHZ快速以太網(wǎng)。

相關(guān)領(lǐng)域：異步傳輸模式（ATM），IEEE802.11無(wú)限局域網(wǎng)，IEEE1394，USB等。

HDL，計(jì)算機(jī)仿真和只能解決ASIC設(shè)計(jì)流程的數(shù)字部分。如果在IC中有任何模擬部分，他將依賴模擬設(shè)計(jì)者或從另外的廠家購(gòu)買。甚至一些純數(shù)字部分也能從另外一些廠家購(gòu)買以加速上市時(shí)間。那些不是被我們?cè)O(shè)計(jì)的部分稱為IP，包括HDL代碼，網(wǎng)表，硬核。對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)的技術(shù)取決于硬核。一些IP是非常貴的，如在USB2.0中的 PHY。一些小的公司沒(méi)有足夠的人力和軟件資源來(lái)完成有些工作，甚至他們不能在缺貨期預(yù)定足夠的晶原，因此涉及服務(wù)公司取代了他們的工作。但并不是每個(gè) IP都滿足我們的需要，有時(shí)我們需要在購(gòu)買后作一些修改。我們要在設(shè)計(jì)前決定所要用到的IPs。

在設(shè)計(jì)開(kāi)始，設(shè)計(jì)者必須理解所有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和算法。但是有許多方法來(lái)應(yīng)用這些規(guī)范和算法。最好的結(jié)構(gòu)是快速和最小芯片尺寸的結(jié)合。不幸的是，快速的需求常常和最小芯片尺寸的需求是對(duì)立的。因此，在HDL編碼工作前規(guī)劃一個(gè)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)也是一個(gè)重要的問(wèn)題。

例如：1：除法器

除數(shù)被固定。最快的方法是查表，但是這個(gè)方法需要大的內(nèi)存。我們可以可以從被除數(shù)中不斷的減去除數(shù)直到新的被除數(shù)比除數(shù)小。它會(huì)花更多的時(shí)間但用最少的硬件。還有許多的方法來(lái)構(gòu)建除法器，每種方法都有他自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

2：圖像處理的動(dòng)態(tài)評(píng)估器

從前一個(gè)圖片中發(fā)現(xiàn)最相似的8×8模塊，在整個(gè)電影剪輯中。最基本的有全搜索和三步搜索的方法。許多的論文已經(jīng)討論過(guò)優(yōu)化硬件復(fù)雜度和速度的結(jié)構(gòu)，這里我不再祥解釋。

一個(gè)好的設(shè)計(jì)者應(yīng)該要被實(shí)際經(jīng)驗(yàn)培訓(xùn)和不斷的。我們要在每個(gè)設(shè)計(jì)工作中非常小心和耐心。因?yàn)橐粋€(gè)NRE將會(huì)消耗大量的金錢和數(shù)周的時(shí)間，如果他不小心犯錯(cuò)，設(shè)計(jì)者將會(huì)對(duì)金錢和計(jì)劃失敗負(fù)責(zé)。經(jīng)驗(yàn)和小心也許是來(lái)完成一個(gè)成功的設(shè)計(jì)項(xiàng)目最好的方法。

以下條款是一些對(duì)一個(gè)穩(wěn)步的和成功的設(shè)計(jì)的建議：（可能有些朋友也指出了其中的部分，這里只作簡(jiǎn)要說(shuō)明，可能稍有不同）

命名風(fēng)格：

1、不要用關(guān)鍵字做信號(hào)名;

2、不要在中用VERILOG關(guān)鍵字做信號(hào)名;

3、命名信號(hào)用含義;

4、命名I/O口用盡量短的名字;

5、不要把信號(hào)用高和低的情況混合命名;

6、信號(hào)的第一個(gè)字母必須是A-Z是一個(gè)規(guī)則;

7、使模塊名、實(shí)例名和文件名相同;

編碼風(fēng)格：記住，一個(gè)好的代碼是其他人可以很容易閱讀和理解的。

1、盡可能多的增加說(shuō)明語(yǔ)句;

2、在一個(gè)設(shè)計(jì)中固定編碼格式和統(tǒng)一所有的模塊，根從項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)者定義的格式;

3、把全部設(shè)計(jì)分成適合數(shù)量的不同的模塊或?qū)嶓w;

4、在一個(gè)always/process中的所有信號(hào)必須相關(guān);

5、不要用關(guān)鍵字或一些經(jīng)常被用來(lái)安全綜合的語(yǔ)法;

6、不要用復(fù)雜邏輯;

7、在一個(gè)if語(yǔ)句中的所有條件必須相關(guān);

設(shè)計(jì)風(fēng)格

1、強(qiáng)烈建議用同步設(shè)計(jì);

2、在設(shè)計(jì)時(shí)總是記住時(shí)序問(wèn)題;

3、在一個(gè)設(shè)計(jì)開(kāi)始就要考慮到地電平或高電平復(fù)位、同步或異步復(fù)位、上升沿或下降沿觸發(fā)等問(wèn)題，在所有模塊中都要遵守它;

4、在不同的情況下用if和case;

5、在鎖存一個(gè)信號(hào)或總線時(shí)要小心;

6、確信所有寄存器的輸出信號(hào)能夠被復(fù)位/置位;

7、永遠(yuǎn)不要再寫入之前讀取任何內(nèi)部存儲(chǔ)器（如SRAM）

8、從一個(gè)時(shí)鐘到另一個(gè)不同的時(shí)鐘傳輸數(shù)據(jù)時(shí)用數(shù)據(jù)緩沖，他工作像一個(gè)雙時(shí)鐘FIFO;

9、在VHDL中二維數(shù)組可以使用，它是非常有用的。在VERILOG中他僅僅可以使用在測(cè)試模塊中，不能被綜合;

10、遵守register-in register-out規(guī)則;

11、像synopsys的DC的綜合工具是非常穩(wěn)定的，任何bugs都不會(huì)從綜合工具中產(chǎn)生;

12、確保FPGA版本與ASIC的版本盡可能的相似，特別是SRAM類型，若版本一致是最理想的;

13、在嵌入式存儲(chǔ)器中使用BIST;

14、虛單元和一些修正電路是必需的;

15、一些簡(jiǎn)單的測(cè)試電路也是需要的，經(jīng)常在一個(gè)芯片中有許多測(cè)試模塊;

16、除非低功耗不要用門控時(shí)鐘;

17、不要依靠腳本來(lái)保證設(shè)計(jì)。但是在腳本中的一些好的約束能夠起到更好的性能（例如前向加法器）;

18、如果時(shí)間充裕，通過(guò)時(shí)鐘做一個(gè)多鎖存器來(lái)取代用MUX;

19、不要用內(nèi)部tri-state， ASIC需要總線保持器來(lái)處理內(nèi)部tri-state;

20、在top level中作pad insertion;

21、選擇pad時(shí)要小心（如上拉能力，施密特觸發(fā)器，5伏耐壓等）;

22、小心由時(shí)鐘偏差引起的問(wèn)題;

23、不要試著產(chǎn)生半周期信號(hào);

24、如果有很多函數(shù)要修正，請(qǐng)一個(gè)一個(gè)地作，修正一個(gè)函數(shù)檢查一個(gè)函數(shù);

25、在一個(gè)計(jì)算等式中排列每個(gè)信號(hào)的位數(shù)是一個(gè)好習(xí)慣，即使綜合工具能做;

26、不要使用HDL提供的除法器;

27、削減不必要的時(shí)鐘。它會(huì)在設(shè)計(jì)和布局中引起很多麻煩，大多數(shù)FPGA有1-4個(gè)專門的時(shí)鐘通道;

以上是大家在設(shè)計(jì)中最好遵守的要點(diǎn)，它可以使你的設(shè)計(jì)更好。

審核編輯 ：李倩