FPGA重要设计思想及工程应用之流水线设计

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采用流水线进行FPGA VI吞吐量优化设计

采用流水线进行FPGA VI吞吐量优化设计
流水线是一种可用于增强FPGA VI吞吐量的技术。

在流水线设计中，用户可利用FPGA的并行处理功能提高顺序代码的有效性。

如要实现流水线，必须将代码拆分为不同的级并连线每级的输入和输出端至循环中的反馈节点或移位寄存器。

在下列程序框图中，子VI A、B和C在单周期定时循环内顺序执行。

因此，单周期定时循环的时钟速率必须设置为满足上述3个运行子VI的运行时间的和值。

连线子VI的输入和输出至反馈节点时，如下列程序框图所示。

LabVIEW 流水线处理子VI。

当前子VI在一个单周期内并行执行，且最大时钟速率仅受具有最长组合路径的子VI限制。

通过执行流水线设计，可增加单周期定时循环的时钟速率并增强FPGA VI的吞吐量。

移位寄存器也可用于实现流水线，如下列程序框图所示。

执行流水线时，最后一级的输出比输入滞后，二者间的间隔为流水线的个数。

且流水线填满前，时钟周期的输出无效。

流水线的级个数称为流水线深度，时钟周期中测量的流水线延时与其深度对应。

流水线深度为N时，第N 个时钟周期前的输出无效，且每个有效时钟周期的输出比输入端延迟N-1个。

流水线技术在FPGA设计中的应用

不可少的基本模块 . N 阶 FIR 滤波器的传递函数为 :
N- 1
H ( Z) =
n =0
∑h ( n) Z
- n
图3 FIR 数字滤波器结构图
3. 4 测试结果
EPF10 K30ETC144 - 1 进行综合 , 运行 MAX + PLUS 菜单下的 Timing Analysis 命令 , 执行 Anal2 ysis 菜单下的 Registered Performance 命令 , 时序
5 张丽 . 个人信用制度建立的障碍及对策 . 财经理论 an application of fuzzy set and possibility theory ( Ⅰ) , (Ⅱ ) , Fuzzy Math , 1982 ,2 :21～28 ; 3 :7～16
与实践 ,2001 ,113 (23) :28～30
摘要本文讨论了在 FPG A 中设计流水线加法器、乘法器和 16 阶低通滤波器的设计方法 ,并以一个 16 阶低通 FIR 滤波器设计为例 ,对该方法设计的加法器、乘法器和滤波器进行性能对比 ,说明了给出的流水线方法能较好地提高运算速度 . 关键词流水线技术 ,FPG A ,FIR 滤波器分类号 TN713. 7
3. 1 流水线加法器的设计 8 位流水线式加法器的设计结构如图 2 所
表的规模 ,仅需要建立 2 个 24 × 12 位的查找表和一个 16 位加法器 , 在每一级后加上寄存器组 ,构成流水线结构 , 整个运算只需要一个时钟周期 .
北方工业大学学报第 16 卷 64 具体用 Altera 的 FPG A 器件实现时 ,考虑到用 EAB 实现 ROM 时 ,ROM 表的尺寸随着地址位数或数据位数的增加成指数关系增加 , 为减少资源的开销 ,采用线性插值的方法 ,综合结果表明 ,这样可以节省将近 1/ 2 的资源 .

流水线技术在高速数字电路设计中的应用

摘要：流水线技术是设计高速数字电路的一种最佳选择之一，对其实现原理作了较形象的阐述。

针对加法器在DSP中的重要作用，对流水线加法器中流水线技术的应用作了较深入的说明。

同时，对流水线技术中引入寄存器事项也作了较全面的阐述。

1 前言数字信号处理技术(DSP)在许多领域都得到广泛的应用，在数字电路设计时，设计者都希望设计出具有理想速度的电路系统。

目前，并行技术、流水线技术等都是很好的备选方案。

对于组合逻辑电路占主要成分的电路中，流水线技术是首先考虑的技术。

现在，现场可编程门阵列FPGA的集成度已达到很高的程度，且设计灵活，可在实验室里进行，并具有丰富的寄存器，适合设计人员使用流水线技术来进行设计以提高数字电路的整体运行速度。

2 流水线技术的作用原理流水线技术就是把在一个时钟周期内执行的操作分成几步较小的操作，并在多个较高速的时钟内完成。

如图1、2所示，对图1中的两个寄存器间的数据通路，在图2中将其分成了3级，并在其间插入了两个寄存器，这就是流水线技术的使用。

图1常规的数据通路图2采用流水线技术数据通路对图1中的数据通路，设tpd≈x，则该电路(不考虑寄存器的影响)从输入到输出的最高时钟频率就为1/x。

而在图z中，假设在理想情况下所分成的3级，每级的tpd≈x/3，则该电路从输入到输出的最高频率可提高到原来的3倍，采用流水线技术有效地提高了系统的时钟频率，因而在多个时钟周期连续工作情况下，就提高了整个系统的数据处理量。

当然，这不包括电路中所加入的寄存器时延，因此每级的实际延迟应比x/ 3稍大。

但在多个时钟周期连续工作情况下，可忽略不计，所以流水线技术能提高系统的数据流量。

3 流水线技术的设计应用加法运算是最基本的数字信号处理(DSP)运算，减法、乘法、除法或FFT运算都可分解为加法运算。

因此进行加法运算的加法器就成为实现DSP的最基本器件，因而研究如何提高其运行速度很有必要。

流水线技术在提高系统整体运行速率方面绩效显著，因而采用流水线技术的流水线加法器就成为继串联加法器、并行加法器之后在选择加法器时的首选。

FPGA设计的四种常用思想与技巧

FPGA设计的四种常用思想与技巧FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑设备，可以通过重新配置内部电路来实现不同的功能。

在FPGA设计中，有许多常用的思想和技巧，可以帮助设计者提高效率和性能。

本文将介绍四种常用的FPGA设计思想与技巧。

第一种常用思想与技巧是模块化设计。

模块化设计是将大型的FPGA设计划分为多个小的功能模块，每个模块负责一个具体的功能。

通过将设计划分为多个模块，可以提高设计的可维护性和复用性。

设计者可以单独对每个模块进行测试和调试，然后再将它们整合到一起。

此外，模块化设计还能够提高设计的并行性和性能。

每个模块可以在FPGA中独立运行，并且可以通过并行处理来提高设计的执行速度。

第二种常用思想与技巧是流水线设计。

流水线设计是将一个复杂的计算过程划分为多个阶段，并且在每个阶段中并行处理多个数据。

通过流水线设计，可以提高设计的吞吐率和时钟频率。

每个阶段可以在不同的时钟周期中执行，从而实现数据的并行处理。

此外，流水线设计还能够降低设计的时延和资源占用。

每个阶段的计算量可以被均匀地分布到多个时钟周期中，从而减少每个时钟周期的计算量，提高设计的时延和资源占用。

第三种常用思想与技巧是优化技巧。

优化技巧包括逻辑优化、时钟优化和资源优化。

逻辑优化是通过精简逻辑电路来减少资源的使用。

可以通过合并逻辑门、消除冗余逻辑和合并常量来实现逻辑优化。

时钟优化是通过减少时钟延迟和减小时钟功率消耗来提高设计的性能和功耗。

可以通过选择适当的时钟结构、减少时钟的分频和优化时钟路径来实现时钟优化。

资源优化是通过合理利用FPGA中的资源来减少资源的使用。

可以通过共享资源、适当分配资源和使用低功耗资源来实现资源优化。

第四种常用思想与技巧是并行设计。

并行设计是将多个功能模块同时执行，从而提高设计的执行速度和吞吐率。

可以通过并行处理来减少设计的执行时间，提高设计的性能。

可以通过使用多个时钟域、多个时钟频率和复杂分频来实现并行设计。

基于FPGA的流水线技术设计与实现

０引言
数字滤波器是提取有用信息非常重要而灵活的方法，现代信号是处理的重要内容，在很多领域都得到广泛的应用。在数字电路设计时，设计者都希望设计出具有理想速度的电路系统。而在应用ＩＡ进然￣ＴＧ行设计综合过程中，择芯片的运行速度优化与资源利用优化常常是选
【关键词】流水线技术；加法器；乘法器；ＩＦＲ滤波器；ＰＡＦＧ
ＤｅｉｎｆＰｉｅｉｅＴｅｈｎｌｇｎｓｇｏｐｌｌｎｃｏｏｙｏＦＰＧＡＣＵＩＸｉ－ｍｉｕｎ
（ｈｎａｇＬｉｏｇＵｉｅｓｙＳｅｙｎａｎｎ，１１５ｃＩａＳｅｙｎｇｎｎｖｒｉ，ｈｎａｇＬｉｏｉｇ１Ｏ９，Ｉｎ）ｔｉ
相互矛盾的，速度指标要求高的设计优化常常要占用较大的芯片资对
源。而减小芯片面积的设计又需要以降低系统速度为代价。利用流水线技术．以在ＦＧ有限资源芯片面积上提高整体运行速度。本文可ＰＡ
【ｓｒｃ］ｈｓｐｐｒｔｋｓｔｅｄｓｎｏｈ６ｓｐＦＲｆｅｓａｘｍｐｅｄｓｕｓｔｅｍｅｏｓｏｅｄｓｆｔｅｐｐｉｅａｄｒａｄＡｂｔａｔＴｉａｅａｅｈｅｉｆｔｅ１－ｔＩｉｒａｎｅａｌ，ｃｓｈｔｄｔｅｉｏｉｌｄｅｎｇｅｈｉｈｆｈｎｇｈｎ

FPGA设计优化及流水线简单小结

1 在FPGA设计中对于时序违例的常用解决方法：（1）改变时钟频率；
（2）利用时序优化软件；
（3）添加时序约束优化；
（4）选用更好的FPGA芯片；
（5）进行流水线设计；
（6）优化设计
这里对优化设计举个小例子如下图所示：
2 关于流水线
图片是从流水线视频里截图出来的。

（1）流水线概念
流水线其实就是将以前一步或几步完成的事情，分成更多的步骤来完成，可以降低D触发器之间电路的延时，达到时序收敛，对于路径较长的组合逻辑电路更需要进行流水线设计。

视频里举例的是乘法器实验，将乘法器进行流水线优化设计。

如下图题目
答案如下，将乘法器通过高低位方式进行优化，并插入D触发器实现流水线化设计。

（2）进一步优化，只用加法器和选择器实现乘法器
F = a * b= a*b[0] + {a,1’b0}*b[1]，改成加法器和选择器来实现。

如上图所示，加法器和选择器来实现的乘法器。

电路结构原理图如下图所示：
如图所示，电路实现的逻辑表达式如下：
f=(b[0] ? a : 0) + (b[1]? {a,1’b0} : 0) + (b[2]? {a,2’b0} : 0)
但是由于在(b[0] ? a : 0)后插入了D触发器，(b[1]? {a,1’b0} : 0)和(b[2]? {a,2’b0} : 0)需要做时序节拍的配合，因此修改电路原理图如下。

插入D触发器，补齐时序。

3 模块复用
最后来个模块复用的例子，将上述设计的4bit乘法器用来实现8bit的乘法器
连接原理图如下图所示，看图可以知道代码如何写了。

verilog语言的FPGA变速花样流水灯设计

基于XILINX--XSE500E型FPGA的变速流水灯以及花样流水灯的verilog语言设计摘要临近大四毕业，诸多工科院校电子电科通信等专业会选择用FPGA项目作为课程设计的课题，笔者同样经历了这个过程，收获颇多，在此将设计成果在此分享，以帮助大家更好掌握FPGA设计。

FPGA种类繁多，时效性非常好，设计过程中十分注重实时性，在时间点控制上非常优秀。

此次设计采用XILINX的XSE500E型芯片的开发板，芯片采用FG320型接口，速度级别-4。

板载时钟50MHz，如需其他时钟周期，可采用IP核中的clocking，其中的 DCM可以实现变频，引入DCM，输入频率50MHz，输出频率填入需要的频率即可，之后进行实例化。

此外，可以借助计数器进行延时减速，此次设计采用了计数器延时方法。

本次列举了四种流水灯相关设计：普通流水灯（向左和向右滚动），自动反复式流水灯（到最右端自动向左滚动，到左端自动向右滚动），花样流水灯，变速流水灯。

谢谢大家的支持！正文一，普通流水灯1，建模思想普通流水灯，可以向右滚动，到最右端返回最左端，也可以向左滚动，到最左端返回最右端。

普通流水灯模块涉及的端口有：clk，它是时钟输入，一般就是板载时钟，这里是50MHz，具体参照开发板说明。

还有复位输入rst,高电平有效。

此外就是led端口，这个端口有8根管脚，共8位，连接8个led灯。

采用verilog语言，端口定义格式如下：module led(input clk,input rst,output reg[7:0] led //此行定义说明led端口既是驱动管脚的，又是寄存器);采用过程建模，这里不采用行为建模和功能建模，因为这个过程就是一个大循环，规律性极强。

由于板载时钟50MHz,如果每个时钟周期都要滚动流水灯，那么速度是惊人的，人眼根本无法分辨。

所以采用计数器延时，当计数达到约4千万时候，驱动系统进行动作，可以判断，也可以进行流水灯动作。

fpga流水灯课程设计

大规模数字逻辑课程设计题目：流水灯控制专业电信班级091学号8学生姓名dashitou设计时间2011-2012学年上学期教师评分2011年10 月29 日目录一、概述........................................ 错误!未定义书签。

二、 EDA技术发展及介绍........... 错误!未定义书签。

(一) EDA技术的介绍 ......................................................................... 错误!未定义书签。

(二) EDA技术的发展趋势.................................................................. 错误!未定义书签。

三、程序代码................................ 错误!未定义书签。

(一) 分频器代码................................................................................... 错误!未定义书签。

(二) 分频器block ................................................................................. 错误!未定义书签。

(三) 主程序代码................................................................................... 错误!未定义书签。

(四) 主程序block ................................................................................. 错误!未定义书签。

FPGA 设计的四种常用思想与技巧

FPGA 设计的四种常用思想与技巧FPGA/CPLD 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，包括乒乓球操作、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！1、乒乓操作“ 乒乓操作” 是一个常常应用于数据流控制的处理技巧，典型的乒乓操作方法如图 1 所示。

乒乓操作的处理流程为：输入数据流通过“ 输入数据选择单元” 将数据流等时分配到两个数据缓冲区，数据缓冲模块可以为任何存储模块，比较常用的存储单元为双口RAM(DPRAM) 、单口RAM(SPRAM) 、FIFO 等。

在第一个缓冲周期，将输入的数据流缓存到“ 数据缓冲模块1” ；在第 2 个缓冲周期，通过“ 输入数据选择单元” 的切换，将输入的数据流缓存到“ 数据缓冲模块2” ，同时将“ 数据缓冲模块1” 缓存的第 1 个周期数据通过“ 输入数据选择单元” 的选择，送到“ 数据流运算处理模块” 进行运算处理；在第3 个缓冲周期通过“ 输入数据选择单元” 的再次切换，将输入的数据流缓存到“ 数据缓冲模块1” ，同时将“ 数据缓冲模块2” 缓存的第2 个周期的数据通过“ 输入数据选择单元” 切换，送到“ 数据流运算处理模块” 进行运算处理。

如此循环。

乒乓操作的最大特点是通过“ 输入数据选择单元” 和“ 输出数据选择单元” 按节拍、相互配合的切换，将经过缓冲的数据流没有停顿地送到“ 数据流运算处理模块” 进行运算与处理。

把乒乓操作模块当做一个整体，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。

所以乒乓操作常常应用于流水线式算法，完成数据的无缝缓冲与处理。

乒乓操作的第二个优点是可以节约缓冲区空间。

比如在WCDMA 基带应用中，1 个帧是由15 个时隙组成的，有时需要将1 整帧的数据延时一个时隙后处理，比较直接的办法是将这帧数据缓存起来，然后延时1 个时隙进行处理。

FPGA流水线个人总结

FPGA流水线概括之前一篇博文（流水线加法器设计（Verilog））介绍了2级流水线4位全加器，本来目的是和之前不运用流水线的加法器延时进行比较，不过结果程序写得不太好，也被codeman 大侠指出了错误的地方，于是尝试一下从新改写，于是有了这篇博文。

流水线设计是用于提高所设计系统运行速度的一种有效的方法。

为了保障数据的快速传输，必须使系统运行在尽可能高的频率上，但如果某些复杂逻辑功能的完成需要较长的延时，就会使系统很难运行在高的频率上，在这种情况下，可使用流水线技术，即在长延时的逻辑功能快中插入触发器，使复杂的逻辑操作分步完成，减少每个部分的处理延时，从而使系统的运行频率得以提高。

流水线设计的代价是增加了寄存器逻辑，即增加了芯片资源的耗用。

流水线操作概念示意图流水线设计的概念:所谓流水线设计实际上就是把规模较大、层次较多的组合逻辑电路分为几个级，在每一级插入寄存器组暂存中间数据。

K级的流水线就是从组合逻辑的输入到输出恰好有K个寄存器组（分为K级，每一级都有一个寄存器组）上一级的输出是下一级的输入而又无反馈的电路。

组合逻辑设计转化为流水线设计上图表示如何将把组合逻辑设计转换为相同组合逻辑功能的流水线设计。

组合逻辑设计：这个组合逻辑包括两级。

∙第一级的延迟是T1和T3两个延迟中的最大值；∙第二级的延迟等于T2的延迟。

为了通过这个组合逻辑得到稳定的计算结果输出，需要等待的传播延迟为：[max(T1,T3)+T2]流水线：在从输入到输出的每一级插入寄存器后，流水线设计的第一级寄存器所具有的总的延迟为T1与T3时延中的最大值加上寄存器的 Tco（触发时间）。

同样，第二级寄存器延迟为T2的时延加上Tco。

采用流水线设计为取得稳定的输出总体计算周期为：max(max(T1,T3)+Tco,(T2+Tco))流水线设计需要两个时钟周期来获取第一个计算结果，而只需要一个时钟周期来获取随后的计算结果。

开始时用来获取第一个计算结果的两个时钟周期被称为采用流水线设计的首次延迟（latency)。

基于FPGA的流水线技术应用研究

ｒｓｌｏｘｅｉｎｒｖｓｔｅｐｐｌｅｍｅｈｄｉｆａｉｌｎｆｈｇｐｅＴｈｒｒｖｓｔａｈｉｅｉｅｍｅｈｄｅｕｔｆｅｐｒｍｅｔｏｅｈｉｅｉｔｏｅｓｂｅａｄｏｉｈｓｅ＆ｐｎｓｅｗｏｋｐｏｅｈｔｔｅｐｐｌｔｏｎ
摘要：流水线技术是设计高速数字电路的最佳选择之～，文对流水线工作原理作了较形象的描述。针对加法器本在数字信号处理中的重要作用，文讨论了在ＦＧ中设计流水线加法器的设计方法，本ＰＡ采用ＶＨＤＬ硬件描述语言在
ＱＵＡＲＴＵＳＩ６０软件环境下对不同位宽的加法器性能进行仿真实验对比，明了流水线技术在ＦＧ．Ｉ说ＰＡ上设计的可行性与高速性，对加速数字信号处理有重要的实际应用价值。关键词：流水线；ＦＧＡ；ＶＨＤＰＬ；加法器中图分类号：Ｔ３２２Ｐ４．文献标识码：Ａ
ｈｓｉｏｒａｔｖｌｅｏｐｏｉｇｃｌｕａｉｐｅ．ａｍｐｔｎａｕｎｉｒｖｎａｃｌｔｎｓｅｄｍｇＫｅｗｏｄ：ｐｐｌｅＦＰｙｒｓｉｅｉ；ｎＧＡ；ＶＨＤＬ；ａｄｒｄｅ
ＡｂｔａｔＰｉｅｉｅｔｃｎｌｇｎｆｔｅｏｔｕａｐｏｃｅｅｉｎｈｇｐｅｉｉｌｉｃｉＴｈｓｐｐｒｓｔｏｔｓｒｃ：ｐｌｅｈｏｏｙｉｏｅｏｈｐｉｍｐｒａｈｓｔｄｓｇｉｈｓｅｄｄｇｔｒｕｔｎｓｍｏａｃｉａｅｅｓｆｒｈ
Ｉ１Ｉ２ＩｌＩ３Ｉ２Ｉ１Ｉ４Ｉ３Ｉ２ＩＩＩ４Ｉ３Ｉ２Ｉ４Ｉ３Ｉ４

流水线技术在基于FPGA的DSP运算中的应用研究

流水线技术在基于FPGA的DSP运算中的应用研究在数字信号处理()领域，需要处理的数据量很大，并且实时性要求很高。

传统的DSP设计办法主要有采纳固定功能的DSP器件和采纳DSP处理器两种，因为它们灵便性差以及软件算法在执行时的挨次性，限制了它们在高速和实时系统中的应用。

随着深亚微米创造工艺的不断创新，百万门可编程器件的不断推出，为DSP提供了第3种有效的解决计划，即利用实现DSP运算硬件化。

它能够在集成度、速度和系统功能方面满足DSP应用的需要。

然而在应用FPGA举行系统设计综合过程中，挑选芯片的运行速度优化和资源利用优化经常是互相冲突的，对速度指标要求高的设计优化经常要占用较大的芯片资源，而减小芯片面积的设计又需要以降低系统速度为代价。

从FPGA进展趋势和DSP运算要求看，系统速度指标的意义比面积指标更趋重要，需要我们进一步深化讨论提高芯片的最高工作速度的设计策略。

本文研究在基于FPGA的DSP系统设计中采纳流水线技术，充分利用硬件内部的并行性，在FPGA有限资源芯片面积上提高单位时光里的数据处理能力即数据吞吐率(throughput)，提高系统的工作速度的详细做法。

0 流水线技术基本原理和FPGA结构特征流水线是一种在时光上串行，在空间上并行的技术，其基本原理1所示。

将囫囵划分为若干个流水线级，流水线每级之间设置寄存器锁存上一级输出的数据；每一级只完成数据处理的一部分；一个时钟周期完成一级数据处理，然后在下一个时钟到来时将处理后的数据传递给下一级；第一组数据进入流水线后，经过一个时钟周期传到其次级，同时其次组数据进入第一级，数据队列依次前进。

每组数据都要经过全部的流水级后才干得到最后的计算结果，但是对囫囵流水线而言，每个时钟都能计算出一组结果，所以平均计算一组数据只需要一个时钟周期的时光，这样就大大提高了数据处理速度，电路在单位时光内处理的数据量就愈大，即电路的吞吐量就越大，保证囫囵系统以较高第1页共6页。

FPGA设计的四种常用思想与技巧

FPGA设计的四种常用思想与技巧FPGA（Field-Programmable Gate Array）设计是一种在可编程逻辑器件中实现数字电路的方法。

FPGA设计的目标是实现高性能和可重配置性。

在进行FPGA设计时，有一些常用的思想和技巧可以帮助提高设计效率和性能。

下面将介绍四种常用的FPGA设计思想和技巧。

一、级联式管脚规划级联式管脚规划是一种在FPGA设计中常用的思想和技巧。

FPGA器件通常具有多个I/O管脚，而每个管脚都有特定的功能。

合理地规划管脚可以提高设计的可重用性和可维护性。

一种常用的级联式管脚规划方法是按照功能对管脚进行分组，并将每个功能组的管脚连接到同一位置。

例如，可以将所有时钟信号管脚连接到一个区域，将所有输入信号管脚连接到另一个区域，将所有输出信号管脚连接到另一个区域。

这样做可以使设计更加清晰，方便信号的布线和修改。

二、状态机设计状态机设计是一种常用的FPGA设计思想和技巧。

状态机是一种特殊的数字电路，在FPGA设计中可以用于实现复杂的逻辑控制。

在进行状态机设计时，首先需要确定状态机的状态数和状态转换条件。

然后，可以使用状态图或状态表来描述状态机的行为。

接下来，可以使用具体的硬件描述语言（如VHDL或Verilog）来实现状态机。

状态机设计可以极大地简化控制逻辑的复杂性，提高设计的可读性和维护性。

它还可以实现更高的性能和时序要求。

三、并行处理并行处理是一种常用的FPGA设计思想和技巧。

FPGA器件通常具有多个可并行计算的资源，如DSP（Digital Signal Processor）模块、片上RAM（Random Access Memory）和多路复用器等。

在进行并行处理时，可以使用这些资源来提高设计的性能和吞吐量。

例如，可以使用DSP模块进行乘法运算，使用片上RAM进行数据存储，使用多路复用器实现多路选择等。

并行处理可以充分利用FPGA器件的并行计算能力，提高设计的运算速度和效率。

FPGA重要设计思想及工程应用之流水线设计

流水线设计的结构示意图如下页图所示。其基本结构为：将适当划分的 n 个操作步骤单流向串联起来。流水线操作的最大特点和要求是，数据流在各个步骤的处理从时间上看是连续的，如果将每个操作步骤简化，假设为通过一个 D 触发器 ( 就是用寄存器打一个节拍 ) ，那么流水线操作就类似一个移位寄存器组，数据流依次流经 D 触发器，完成每个步骤的操作。
谢大钊编著
谢大钊编著
流水线设计时序
整个设计时序的合理安排是流水线设计的一个关键，那么如何才能对整个设计时序进行合理安排呢？下面我们就带着这个问题做个实验。
谢大钊编著
流水线设计应用
实验要求：假设该设计为某实时通信系统的一个模块，该系统采样频率为5MHz，采样精度为32位。我们需要设计的内容为：对采样数据先进行加减偏移量的运算，假设需要加十六进制数 00000077h的偏移量，然后把该数据压缩为16位数据，便于采样后的信号处理运算，压缩数据时保持精度相对高些。这里我们假设信号处理运算很简单，就是将压缩后的数据先减去十六进制数 00ffh，然后取差值的低八位数据值做为该设计的输出。
谢大钊编著
流水线设计时序
谢大钊编著
流水线设计时序
在FPGA设计中采用流水线设计方法，只需要极少或者根本不需要额外的成本，因为每一个逻辑元件都包括一个触发器，这个触发器或者没有用到，或者是用于存储布线资源。采用流水线有可能将一个复杂操作分解成一些小规模的基本操作，将一些中间值存储在寄存器中，并在下一个时钟周期内继续运算。
谢大钊编著
I1
流水线设计时序
如下页图所示，将指令集的操作过程分为指令集的操作过程 4个子任务：取指令I1，译码I2，取操作数 I3，和运算I4，假如每个操作执行的时间均为T ，则执行4个操作的执行时间为4T ，将这4个子任务在时间上重叠，用4个子部件来完成，相应的4个子部件连接成串行方式，每个子部件执行的时间为T ，每隔T时间就可输出一个操作处理结果，平均速度提高了4倍，在加入适当的转移控制之后，即成为流水线操作的工作方式．

华为fpga设计高级技巧

华为fpga设计高级技巧随着人工智能、5G等领域的持续发展，FPGA（Field-Programmable Gate Array）在数字电路设计中的应用也越来越广泛。

作为一种灵活、高性能的可编程逻辑器件，FPGA在加速数据处理和算法执行等方面具有独特的优势。

华为作为全球领先的通信技术公司，也在FPGA设计方面积累了丰富的经验和技巧。

本文将介绍一些华为FPGA设计的高级技巧，帮助开发者更好地利用FPGA实现各种复杂功能和优化性能。

一、优化FPGA资源利用1. 多功能模块设计：在FPGA设计中，经常会遇到需要多种功能的模块，此时可以设计一个通用的多功能模块，通过配置参数来实现多种功能。

这样可以减少开发时间和资源占用，提高设计的灵活性和通用性。

2. 时序约束优化：在FPGA设计中，时序约束是非常关键的一环，准确而合理的时序约束可以确保设计的正常工作，并且提高系统的稳定性和可靠性。

因此开发者需要仔细分析时序要求，对时序约束进行优化，以达到最佳性能。

3. IP核使用：FPGA设计中经常会用到各种IP核，如DDR控制器、PCIE控制器等，这些IP核可以大大简化设计，减少开发时间和提高设计可靠性。

因此开发者应充分利用FPGA厂商提供的IP核或自行设计IP核，以更好地实现所需功能。

4. 资源共享：在FPGA设计中，资源是有限的，因此需要合理地利用资源来实现各种功能。

开发者可以通过资源共享的方式来提高资源利用率，如多个模块共享一个资源、复用电路等，以减少资源浪费和提高设计效率。

二、优化FPGA性能1. 并行计算：FPGA具有并行计算的能力，可以同时执行多个操作，提高计算速度和性能。

因此开发者应充分利用FPGA的并行计算能力，将任务划分成多个子任务，并行执行，以提高系统的性能和效率。

2. 流水线设计：流水线设计是一种有效提高FPGA性能的方法，可以将一个操作划分成多个阶段，并行执行，减小每个阶段的延迟时间，提高设计的时钟频率和数据处理速度。

fpga设计思路

fpga设计思路
FPGA（Field Programmable Gate Array）设计的思路可以概括为以下几个步骤：1. 确定设计目标和需求：明确FPGA的具体功能和性能要求，包括需要实现的功能、外部接口要求、时钟频率、资源限制等。

2. 进行架构设计：根据需求，将整个系统划分为不同的模块，确定各个模块之间的接口和数据流。

3. 进行RTL设计：根据模块的功能和接口要求，使用HDL语言（如Verilog、VHDL 等）进行RTL（Register Transfer Level）级别的设计，包括各个模块的逻辑电路、状态机、数据通路等。

4. 进行综合和优化：使用综合工具将RTL代码转换为门级电路，并进行优化，包括逻辑优化、时序优化、功耗优化等。

5. 进行布局布线：将优化后的门级电路进行布局布线，确定逻辑电路在FPGA中的物理位置和连接关系。

6. 进行时序仿真和验证：使用仿真工具对设计进行时序仿真，验证设计的功能和时序正确性。

7. 进行FPGA编程：将经过验证的设计生成位文件（Bitstream），通过编程工具将位文件下载到FPGA芯片中进行配置。

8. 进行功能验证和调试：通过外部测试和调试工具对FPGA芯片进行功能验证和性能测试，确保设计达到预期的功能和性能要求。

9. 进行后续优化和改进：根据验证和测试结果，对设计进行优化和改进，以进一步提高性能和功能。

以上是一般FPGA设计的思路，具体设计过程中还需要考虑实际应用的特殊需求和限制条件。

在设计过程中，可以根据实际情况选择合适的设计方法和工具，以确保设计的顺
利执行和满足要求。

流水线技术在FPGA设计中的应用

流水线技术在FPGA设计中的应用
郭书军;王玉花
【期刊名称】《北方工业大学学报》
【年(卷),期】2004(016)001
【摘要】本文讨论了在FPGA中设计流水线加法器、乘法器和16阶低通滤波器的设计方法,并以一个16阶低通FIR滤波器设计为例,对该方法设计的加法器、乘法器和滤波器进行性能对比,说明了给出的流水线方法能较好地提高运算速度.【总页数】4页(P62-64,70)
【作者】郭书军;王玉花
【作者单位】北方工业大学信息工程学院,100041,北京石景山;北方工业大学信息工程学院,100041,北京石景山
【正文语种】中文
【中图分类】TN713.7
【相关文献】
1.流水线技术在FPGA设计中的应用研究 [J], 宫晓飞;伏云昌
2.流水线技术在FPGA设计中的实现 [J], 何永泰;董刚;黄文卿
3.FPGA设计开发中应用仿真技术解决故障的方法 [J], 张在兴;汤琥
4.流水线技术在FPGA设计中的运用 [J], 张立学;尹东辉
5.EDA技术在FPGA设计中的应用研究 [J], 包志家
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基于FPGA的流水线乘法器设计

图 1 改进的 wallace 树型乘法结构 4. 流水线乘法器的实现 MIPS 体系结构是流水线体系结构。本设计执行每条 MIPS 指令就被分成四个阶段—— —称为流水段。在各流水阶段中，一般完成如下工作： IF(InstruetionFeteh)取指令。从指令缓存中获取下一条指令。 ID(InstruetionDecoding)指令译码。对指令进行译码，并读取所用 CPU 寄存器中的内容。 EX(Execution)执行。完成算术或逻辑运算等操作。对于浮点算术运算和整数乘除法等不能在一个时钟周期内完成，需要使用不同的处理方式。 WB(WriteBack)写回。将操作完成后，得到的值保存到寄存器中。 5. 逻辑仿真及性能比较本文在 Altera 公司的 Quartus II 7.2 开发环境下，对以上的乘法实现方式分别进行了实现，并做了逻辑综合、时序仿真以及功率分析。根据 modelSim 6.2b 软件的仿真结果报告文件，很容易对各种乘法器的性能进行比较。得知，单纯使用 Booth 乘法器、3- 2 压缩器、4- 2 压缩器的乘法器都各有优、缺点。通过编码实现改进后的乘法器，在工具软件中观察波形可知：本文设计采用的乘法器方案能够更有效地提高乘法器的运算能力，应用在 FPGA 上要比传统的算法构成的乘法器在速度上得到较高提高，并大大减少了硬件资源的占用。 6. 结论整个设计采用 Verilog HDL 语言进行描述，利用 Altera 公司的 Quartus II 7.2 对整个系统进行了仿真验证。不同架构的乘法器在性能上都存在优点和缺点，在选择乘法器时，应根据应用场合的要求在速度、面积和功耗等方面综合考虑本文设计采用的乘法器方案要比传统的 4- 2 压缩器构成的乘法器在速度上、硬件资源占用上都有所提高，能够有效地提高乘法器的运算能力。4 级流水线技术的采用，能够实现各部件之间的并行工作，从而更有效的提高乘法指令执行的速度。