FPGA中改善时序性能的方法_advanced FPGA design

　　本文内容摘自《advanced FPGA design》对应中文版是 《高级FPGA设计，结构，实现，和优化》第一章中的内容

　　FPGA中改善时序，我相信也是大家最关心的话题之一，在这本书中列举了一些方法供给大家参考。

1，插入寄存器（Add Register Layers），在中文版中被翻译成：添加寄存器层次。即，在关键路径中插入寄存器。

　　这种方式会增加设计的时滞（clock latency）。插入了几个寄存器，结果输出就会延长几个周期，在不违反设计规格（对clock latency有要求）以及功能没有影响的时滞情况之下可以这么做。

2，并行结构。把串行改成并行。最典型的就是乘法器了。

　　作为一个16bit的乘法器，最省资源的就是等待16个clock出结果，也可以是设计成面积最大但是出来结果速度最快的，只需要一个周期就可以出来结果。

3，逻辑展开（Flatten Logic Structures）。中文版同样翻译的很保守：展平逻辑结构。

　　仔细看了看，觉得里面应该包含了连个知识点。第一是逻辑复制，特别是针对大扇出（详情在altera的官方视频资料中有提到），通常使用generate或者是在综合器中设定。第二个是消除代码中的优先级。这里需要多说一句:现在的工具很智能，就算你写成if   else 有优先级的结构，有时候也能综合出并行结构。如果并行也符合你的设计要求，为了安全起见，最好还是写成case这种并行结构比较好。

4，寄存器平衡 （Register Balancing）。

　　寄存器平衡就是在你的关键路径中移动你的寄存器。第一就是你手动移动 ——  改代码。第二就是设定综合器让它自己移动 —— 不到万不得已不这么干，因为这么多导致代码移植性变差。

5，路径重组

　　这是最有意思的一个方法，也是体现你的设计水平的方式。结果书中给出的例子确实让我惊讶了一下。为啥呢，先贴出代码

　　第一版：

 module randomlogic_1(
     output reg [:] Out,
     input [:] A, B, C,
     input clk,
     input Cond1, Cond2);
 always @(posedge clk)
     if(Cond1)
         Out <= A;
     else if(Cond2 && (C < ))
         Out <= B;
     else
         Out <= C;
 endmodule            

第二版：

 module randomlogic_2(
     output reg [:] Out,
     input [:] A, B, C,
     input clk,
     input Cond1, Cond2);

 wire CondB = (Cond2 & !Cond1);

 always @(posedge clk)
     if(CondB && (C < ))
         Out <= B;
     else if(Cond1)
         Out <= A;
     else
         Out <= C;
 endmodule

　　从代码上来看2版好像还比第一版路径更长，因为 out <= B，的路径从  Cond2 && (C < 8) 变成了 (Cond2 & !Cond1) && (C < 8)。似乎还变长了，怎么叫优化了呢？实际上，如果我们不看下面的图，自己模仿RTL Viewer，发现2版的关键路径真的比1短。书中给出的图示也是如此，这是第一版的视图，关键路径经历了4个器件

这是第二版的视图，关键路径居然少了一个器件。

这就是我惊讶的地方，因为这种做法从代码上看不出来。所以需要更高的硬件知识才能驾驭啊。

欢迎加入： FPGA广东交流群：162664354

　　　　　　FPGA开发者联盟： 485678884