【FPGA技巧篇一】FPGA设计的四种常用思想与技巧之一 ：乒乓操作

本文篇章将讨论一下的四种常用 FPGA 设计思想与技巧： 乒乓操作、 串并转换、 流水线操作、 数据接口同步化， 都是 FPGA 逻辑设计的内在规律的体现， 合理地采用这些设计思想能在FPGA设计工作种取得事半功倍的效果。

FPGA 的设计思想与技巧是一个非常大的话题， 由于篇幅所限， 本文仅介绍一些常用的设计思想与技巧， 包括乒乓操作、 串并转换、 流水线操作和数据接口的同步方法。

希望本文能引起工程师们的注意， 如果能有意识地利用这些原则指导日后的设计工作， 将取得事半功倍的效果！

乒乓操作是FPGA设计中经常用到的设计思想，常用于需要提高数据效率的地方。其主要特点有：

1. 实现数据的无缝缓冲和处理；
2. 可节约缓冲区空间；
3. 可实现低速模块处理高速模块。

典型的乒乓操作原理如下图：

如图所示：

• T1时刻，DATA_T1存入buffer 1；
• T2时刻，buffer 1已被写满，DATA_T2存入buffer 2， 同时buffer 1将DATA_T1送至运算模块处理；
• T3时刻，DATA_T3存入buffer A1，同时buffer 2将DATA_T2送至运算模块处理；

然后重复2、3阶段的操作。

这里正是利用了乒乓操作完成数据的无缝缓冲与处理，乒乓操作可以通过“输入数据选择控制”和“输出数据选择控制”按节拍，相互配合地进行来回切换，将经过缓冲的数据流没有停顿的送到“后续处理模块”。把乒乓操作模块当作一个整体，站在这个模块的两端看数据，输入数据流和输出数据流都是连续不断的，没有任何停顿，因此非常适合对数据流进行流水线式处理。

从上图也可以看出乒乓操作的核心就是控制缓冲模块的读写，具体可以细化为输入数据控制模块、缓冲模块1、缓冲模块2以及输出数据控制模块，这里的缓冲模块可以是FIFO、BRAM、SDRAM等。