第8章FPGA设计技巧与设计经验介绍
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。
FPGA设计的四种常用思想与技巧乒乓操作
FPGA设计的四种常用思想与技巧乒乓操作FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，可以根据需要重新配置其内部硬件电路。
在FPGA设计中，有许多常用的思想和技巧，其中之一就是乒乓操作。
乒乓操作是指通过交替使用两个资源或状态来实现其中一种功能或优化设计的一种方法。
本文将介绍FPGA设计中的四种常用思想与技巧乒乓操作。
1.数据缓冲乒乓操作：数据缓冲乒乓操作是指在设计中使用两个缓冲区交替存储数据。
一个缓冲区用于接收数据，另一个缓冲区用于处理数据。
当一个缓冲区正在接收数据时，另一个缓冲区可以同时进行数据处理。
这种乒乓操作可以提高数据处理的效率，减少数据处理的延迟。
2.时钟域乒乓操作：时钟域乒乓操作是指在设计中使用两个时钟域交替操作。
一个时钟域用于采样输入数据，另一个时钟域用于处理数据。
这种乒乓操作可以实现不同时钟域之间的数据交换和同步。
例如，可以将输入数据从一个时钟域同步到另一个时钟域，然后再进行处理。
这种乒乓操作可以解决时钟域之间的异步问题，提高设计的可靠性和性能。
3.状态机乒乓操作：状态机乒乓操作是指在设计中使用两个状态机交替执行其中一种功能。
一个状态机用于执行一些任务，另一个状态机用于处理其他任务。
这种乒乓操作可以实现多任务的并行处理。
例如，可以将一个状态机用于处理输入数据，另一个状态机用于处理输出数据。
这种乒乓操作可以提高设计的并行度，加快任务的执行速度。
4.存储器乒乓操作：存储器乒乓操作是指在设计中使用两个存储器交替读写数据。
一个存储器用于读取数据，另一个存储器用于写入数据。
这种乒乓操作可以实现数据的连续读写，提高存储器的访问效率。
例如，可以将一个存储器用于读取输入数据，另一个存储器用于写入输出数据。
这种乒乓操作可以减少存储器的读写延迟，提高数据的传输速度。
综上所述，FPGA设计中的乒乓操作是一种常用的思想和技巧，可以提高设计的效率和性能。
通过数据缓冲乒乓操作、时钟域乒乓操作、状态机乒乓操作和存储器乒乓操作，可以实现数据的并行处理、时钟域的同步、多任务的执行和存储器的高效访问。
FPGA设计方法汇总课件
表决电路就发送给CPU故障诊断信息； 表决电路监视两个CPU写入数据的时间差是否超时，当在一个周期内，表决电路在
组合逻辑 外部输出
BACK
43
（5）状态机风格
一段式 一个always模块完成输出及状态转移； 必须要综合考虑现态在何种状态转移条件下会进入哪些次 态，然后在每个现态的case 分支下分别描述每个次态的 输出。
两段式 一个always 模块采用同步时序描述状态转移；另一个模块 采用组合逻辑判断状态转移条件。
48
总结
FPGA是一种可编程硬件，深入理解器件的 结构有助于设计
严格遵守设计流程，充分利用工具 在整个设计中贯穿五大设计思想 状态机的编码、类型、风格和设计思路决
定了能否设计出高效的状态机 FPGA在设计中需要考虑安全性
49
通讯表决电路设计
刘志凯 2008年8月
50
一、实现的功能
1、基本功能： 对 CPU1、CPU2向 BTM的通讯路径进行表决，CPU1和CPU2通过并行总线将需要
decoder
btm(cpu1&cpu2) dmi(cpu1&cpu2) uart(cpu1&cpu2)
BACK
55
时钟模块CLOCK module
外部clock PLL
timerclk分频器 Reset
txclk分频器
timerclk txclk
clk CPLD clk
BACK
FPGA设计技巧与案例开发详解
FPGA设计技巧与案例开发详解FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它可以根据用户的需求重新配置其内部的电路结构，从而实现不同的功能。
在FPGA设计中，有一些技巧和案例开发的经验可以帮助设计者提高设计效率和设计质量。
本文将详细介绍一些常用的FPGA设计技巧和案例开发的方法。
一、FPGA设计技巧1. 合理分配资源：FPGA拥有有限的资源，包括逻辑单元（LUTs）、寄存器、DSP（Digital Signal Processing）等。
在设计过程中，需要合理分配这些资源，以充分利用FPGA的性能。
可以通过对设计进行优化，如减少逻辑层数、使用更小的数据宽度等，来减少资源的使用。
2.使用IP核：FPGA提供了许多现成的IP核，如UART、SPI、I2C等。
使用这些IP核可以减少设计的复杂性，加快设计的速度。
同时，使用IP核还可以提高设计的可重用性，便于后续的维护和升级。
3.时序约束：FPGA设计中的时序是一个重要的考虑因素。
通过合理设置时序约束，可以确保时序要求的满足，避免出现时序失效的问题。
时序约束包括时钟频率、时钟延迟、数据到达时间等方面的要求。
4.时钟域划分：在FPGA设计中，会存在多个时钟域的情况。
为了确保时钟域之间的同步和数据的正确流动，需要进行时钟域划分。
可以使用时钟域划分器件（如时钟分频器、时钟锁相环等）来实现时钟域的划分和同步。
5.状态机设计：FPGA设计中经常会使用状态机来实现复杂的控制逻辑。
在状态机设计中，需要考虑状态的转移条件、状态的数量、状态的稳定性等因素。
合理设计状态机可以使设计更加简洁、高效。
1. UART通信：UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）是一种常用的串行通信接口。
在FPGA设计中，可以使用UART实现FPGA与外部设备的通信。
具体实现过程包括接收和发送数据的时序控制、数据格式的解析等。
fpga设计经验
if(en==1) Q=d;
end
FPGA设计中的同步设计
异步设计不是总能满足(它们所馈送的触发器的)建立和保 持时间的要求。因此，异步输入常常会把错误的数据锁 存到触发器，或者使触发器进入亚稳定的状态,在该状态 下，触发器的输出不能识别为l或0。如果没有正确地处理， 亚稳性会导致严重的系统可靠性问题。
如何处理毛刺 是利用D触发器的D输入端对毛刺信号不敏感的特 点 常采用格雷码计数器取代普通的二进制计数器
清除和置位信号 异步清0 同步清0
触发器和锁存器 触发器的语言描述： always @(posedge clk) begin
Q=d;
end
锁存器的语言描述 always @(posedge clk) begin
在FPGA的内部资源里最重要的一部分就是其时钟资源（全局时钟 网络），它一般是经过FPGA的特定全局时钟管脚进入FPGA内部， 后经过全局时钟BUF适配到全局时钟网络的，这样的时钟网络可以 保证相同的时钟沿到达芯片内部每一个触发器的延迟时间差异是可 以忽略不计的。 在FPGA中上述的全局时钟网络被称为时钟树，无论是专业的第三 方工具还是器件厂商提供的布局布线器在延时参数提取、分析的时 候都是依据全局时钟网络作为计算的基准的。如果一个设计没有使 用时钟树提供的时钟，那么这些设计工具有的会拒绝做延时分析有 的延时数据将是不可靠的。
（最好的方法是用全局时钟引脚去钟控PLD内的 每一个寄存器，于是数据只要遵守相对时钟的建 立时间tsu和保持时间th）
门控时钟
在许多应用中，整个设计项目都采用外部的全局时钟是不可能或不 实际的。 如果符合下述条件，门控时钟可以象全局时钟一样可靠地工作： ������ 驱动时钟的逻辑必须只包含一个“与”门或一个“或”门。 如果采用任何附加逻在某些工作状态下，会出现竞争产生的毛刺。 逻辑门的一个输入作为实际的时钟，而该逻辑门的所有其它 输入必须当成地址或控制线，它们遵守相对于时钟的建立和保持时 间的约束。
FPGA设计的重要规范和经验精华
从大学时代第一次接触FPGA至今已有10多年的时间。
至今记得当初第一次在EDA实验平台上完成数字秒表，抢答器，密码锁等实验时，那个兴奋劲。
当时由于没有接触到HDL硬件描述语言，设计都是在MAX+plus II原理图环境下用74系列逻辑器件搭建起来的。
后来读研究生，工作陆陆续续也用过Quartus II，Foundation，ISE，Libero，并且学习了verilogHDL语言，学习的过程中也慢慢体会到verilog的妙用，原来一小段语言就能完成复杂的原理图设计，而且语言的移植性可操作性比原理图设计强很多。
工作过的朋友肯定知道，公司里是很强调规范的，特别是对于大的设计（无论软件还是硬件），不按照规范走几乎是不可实现的。
逻辑设计也是这样：如果不按规范做的话，过一个月后调试时发现有错，回头再看自己写的代码，估计很多信号功能都忘了，更不要说检错了；如果一个项目做了一半一个人走了，接班的估计得从头开始设计；如果需要在原来的版本基础上增加新功能，很可能也得从头来过，很难做到设计的可重用性。
在逻辑方面，我觉得比较重要的规范有这些：1.设计必须文档化。
要将设计思路，详细实现等写入文档，然后经过严格评审通过后才能进行下一步的工作。
这样做乍看起来很花时间，但是从整个项目过程来看，绝对要比一上来就写代码要节约时间，且这种做法可以使项目处于可控、可实现的状态。
2.代码规范。
如果在另一个设计中的时钟是40ns，复位周期不变，我们只需对CLK_PERIOD进行重新例化就行了，从而使得代码更加易于重用。
b.信号命名要规范化。
1）信号名一律小写，参数用大写。
2）对于低电平有效的信号结尾要用_n标记，如rst_n。
3）端口信号排列要统一，一个信号只占一行，最好按输入输出及从哪个模块来到哪个模块去的关系排列，这样在后期仿真验证找错时后方便很多。
4）一个模块尽量只用一个时钟，这里的一个模块是指一个module或者是一个entity。
fpga设计技巧
fpga设计技巧FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它具有灵活性和可重构性，可以用于许多不同的应用领域。
在进行FPGA 设计时，有一些技巧可以帮助设计者提高设计效率和性能。
下面将介绍一些常用的FPGA设计技巧。
1.分层设计：将设计划分为多个层次，每个层次中包含不同的模块和功能。
这样可以使设计更加结构化和模块化，提高可维护性和重用性。
2.时钟域划分：将设计中的不同模块和功能划分到不同的时钟域中，以避免时钟相关问题。
时钟域划分可以减少时序问题的影响，并简化时序分析。
3.时钟分频和时钟使能：在设计中使用合适的时钟频率和时钟使能信号可以降低功耗，并提高性能。
合理的时钟分频和时钟使能策略可以减少功耗，并减少时钟延迟。
4.信号同步：在设计中，当跨时钟域传递信号时，需要进行信号同步以避免时序问题。
常用的信号同步方法包括使用双边沿触发器和同步器。
5.时序约束：在进行FPGA设计时，需要对时序进行约束，以确保设计满足时序要求。
时序约束可以通过设置时钟分配、路径延迟和约束路径等方式来实现。
6.使用硬件优化：在FPGA设计中，可以使用硬件优化技术来提高性能和资源利用率。
例如，使用DSP模块来实现复杂的算法，使用硬件加速器来提高计算性能等。
7.并行处理：FPGA具有并行处理的能力，可以对设计中的一些计算任务进行并行处理，以提高性能和吞吐量。
设计者可以使用并行处理器和流水线技术来实现并行计算。
8.时序优化：在进行FPGA设计时，时序优化是一个重要的步骤。
时序优化可以通过调整时钟分配、路径延迟和设计结构等方式来实现。
时序优化可以提高设计的工作频率和性能。
9.状态机设计：在FPGA设计中，状态机是一个常见的设计元素。
设计者可以使用状态机来实现复杂的控制逻辑和状态转换。
状态机设计应该尽量简化和优化，以提高性能和可维护性。
10.测试和调试：在进行FPGA设计时，测试和调试是一个必不可少的步骤。
FPGA的一些设计方法
FPGA的一些设计方法1 FPGA设计中的同步设计在FPGA的内部资源里最重要的一部分就是其时钟资源（全局时钟网络），它一般是经过FPGA的特定全局时钟管脚进入FPGA内部，后经过全局时钟BUF适配到全局时钟网络的，这样的时钟网络可以保证相同的时钟沿到达芯片内部每一个触发器的延迟时间差异是可以忽略不计的。
在FPGA中上述的全局时钟网络被称为时钟树，无论是专业的第三方工具还是器件厂商提供的布局布线器在延时参数提取、分析的时候都是依据全局时钟网络作为计算的基准的。
如果一个设计没有使用时钟树提供的时钟，那么这些设计工具有的会拒绝做延时分析有的延时数据将是不可靠的。
在我们日常的设计中很多情形下会用到需要分频的情形，好多人的做法是先用高频时钟计数，然后使用计数器的某一位输出作为工作时钟进行其他的逻辑设计。
其实这样的方法是不规范的。
2 FPGA设计中的延时电路的产生：在日常的电路设计中，有时候我们需要对信号进行延时处理来适应对外接口的时序关系，最经常也是最典型的情况是做处理机的接口；因为与处理的接口时序关系是异步的，而一个规范的FPGA设计应该是尽可能采用同步设计。
那么遇到这种情况该如何处理呢？首先在FPGA中要产生延时，信号必须经过一定的物理资源。
在硬件描述语言中有关键词Wait for xx ns，需要说明的是该语法是仅仅用于仿真而不能用于综合的，可综合的延时方法有：使信号经过逻辑门得到延时（如非门）；使用器件提供的延时单元（如Altera公司的LCELL，Xilinx公司的）；注意：当使用多级非门的时候综合器往往会将其优化掉，因为综合器会认为一个信号非两次还是它。
需要说明的是在FPGA/CPLD内部结构是一种标准的宏单元，下图是Xilinx公司的Spartans II系列器件的一个标准宏单元。
虽然不同的厂家的芯片宏单元的结构不同，但概括而言都是由一些组合逻辑外加一或二个触发器而构成。
在实际应用中，当一个模块内的组合逻辑被使用了那么与其对应的触发器也就不能用了；同样如果触发器单元被用了那么组合逻辑单元也就废了。
FPGA设计技巧
硬件描述语言和综合工具的产生极大地提高了 工程师的工作效率。 但如果将设计看成是一个化学变化那么工具只 是起到催化剂的作用我们所掌握的背景知识电 路设计方法及有关技巧才是参加化学反应的分 子是起决定作用的因素。 因此设计遇到困难时不能完全指望工具更不能 怪罪工具只有我们才是决定设计成败的关键 9-21
合并if语句提高设计速度 If 条件1 then 信号置1 Else if 条件2 then 信号置0 Else if 条件3 then 信号置1 Else if 条件4 then 信号置0
If 条件1 or 条件3 then 信号置1 Else if 条件2 or 条件4 then 信号置0
超前进位链
p0 <= a0 or b0; g0 <= a0 and b0; p1 <= a1 or b1; g1 <= a1 and b1; c0 <= g0 or (p0 and cin); c1 <= g1 or (p1 and g0) or (p1 and p0 and cin);
减少关键路径的逻辑级数 if (clk'event and clk ='1') then if (non_critical='1' and critical='1') then out1 <= in1; else out1 <= in2; end if; end if;
资源共享
没有利用资源共享时用了2个加法器实现 if (select = '1') then sum<=A +B; else sum<=C +D; end if;
fpga设计技巧
FPGA设计技巧引言Field Programmable Gate Arrays（FPGA）是一种可编程的逻辑器件，广泛应用于数字电路设计。
它们提供了快速原型设计以及灵活的硬件实现能力。
在设计FPGA 时，有一些关键的技巧可以帮助设计师提高效率、减少开发时间并优化设计。
本文将介绍一些常用的FPGA设计技巧，旨在帮助读者在FPGA项目中取得更好的结果。
优化电路结构在设计FPGA时，优化电路结构是提高性能的重要一步。
以下是一些常见的电路优化技巧：1.减少信号延迟：在FPGA设计中，信号延迟是一个关键问题。
通过适当的设计方法，如合适的时钟分配、减少信号路径等，可以最小化信号延迟并提高系统性能。
2.减少功耗消耗：尽量减少不必要的功耗消耗对于优化FPGA设计是很重要的。
在设计过程中，可以使用低功耗模式、灵活的时钟管理和适当的电源设计来降低功耗。
3.适当的时钟分配：在FPGA设计中，时钟分配是至关重要的。
正确的时钟分配可以确保电路的稳定性和可靠性。
建议使用时钟缓冲器和时钟分频器来优化时钟分配。
4.良好的布局规划：合理的布局规划可以提高电路的性能和可靠性。
良好的布局可以减少信号跳变和互相干扰，从而优化FPGA设计。
选择合适的逻辑元件在FPGA设计中，选择合适的逻辑元件是至关重要的。
以下是一些常见的逻辑元件选择技巧：1.选择适当的门级元件：根据设计需求，选择合适的门级元件可以提高性能和效率。
常见的门级元件包括与门、或门、非门等。
2.选择适当的触发器：在FPGA设计中，触发器是常用的逻辑元件。
根据设计需要，选择合适的触发器类型（如D触发器、JK触发器等）可以优化性能。
3.选择适当的多路选择器：多路选择器在FPGA设计中经常使用。
选择适当的多路选择器可以简化电路结构并提高性能。
使用合适的设计工具在FPGA设计中，使用合适的设计工具可以提高设计效率和准确性。
以下是一些常见的设计工具技巧：1.使用仿真工具：在FPGA设计之前进行仿真测试是非常重要的。
FPGA设计技巧与案例开发详解
叁
5.3.3 Quartus II编译 流程与工程设置分析
5 4位计数器的设计与仿真验证 5.4 基于Modelsim-Altera 10.1d
的4位计数器仿真验证流程 5.4.1 关于FPGA设计的各种仿真
概念分析 5.4.2 Modelsim版本的简要介绍 5.4.3 Modelsim工程的创建 5.4.4 Testbench激励文件的编写 5.4.5 Modelsim波形的仿真与分
2.1 写在前 面的话
2.2 Quartus II 13.0软件下载
2.3 Quartus II 13.0组件安装
2.4 Quartus II 13.0 Device安装
2.5 USB Blaster下载器驱
动程序的安装
3 Verilog HDL设计与 Te s t b e n c h 文 件 架 构
4.1 浅谈PCB Layout
4.2 MAX II CPLD核心电路设计
4.3 Cyclone II FPGA核心电路设计
4.4 Cyclone IV FPGA核心电路设 计
4.5 FPGA/CPLD电路焊接、调试经 验总结
4.6 本书配套FPGA开发平台硬件介 绍
4 MAX II CPLD/Cyclone II/IV FPGA PCB Layout设计
10.2.1 STM8的SPI总线收发设计 10.2.2 边沿检测电路的FPGA实现 10.2.3 SPI通信的数据接收模块设计 10.2.4 SPI通信的数据发送模块设计
11 基于FPGA与PC通 信的UART串口设计
11 基于FPGA与PC通信的UART串口设计
11.1 追根溯源透析串口 通信
4.3 Cyclone II FPGA核心电路设 计
FPGA设计技巧与案例开发详解
FPGA设计技巧与案例开发详解FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它具有广泛的应用领域，包括数字信号处理、图像处理、网络通信等。
为了充分发挥FPGA的潜力，设计师需要掌握一些技巧和案例开发经验。
以下是对FPGA设计技巧与案例开发的详细解释。
1.划分模块和时序在FPGA设计中，划分模块和时序非常重要。
模块化设计可以提高系统的可维护性和复杂性管理，同时也使得不同的模块可以并行开发。
时序是指操作在FPGA中执行的时间顺序，如果时序不正确，可能会导致系统功能错误或性能下降。
设计师应该考虑到模块之间的接口和时序要求，并进行正确的划分和管理。
2.选择合适的算法和数据结构FPGA设计中的算法和数据结构选择也非常重要。
设计师应该根据具体的应用和需求选择合适的算法和数据结构，以实现高效的计算和存储。
例如，对于图像处理应用，使用合适的算法和数据结构可以减少计算和存储资源的使用，提高系统性能。
3.优化性能和资源使用优化性能和资源使用是FPGA设计中的关键课题之一、设计师应该针对设计的关键部分进行性能和资源的优化，以提高系统的吞吐量和减少资源消耗。
例如，使用流水线技术可以提高系统的并行性，使用片上存储器可以减少对外部存储器的访问次数。
4.进行仿真和验证在FPGA设计过程中，进行仿真和验证是必不可少的步骤。
设计师应该使用合适的仿真工具和验证方法，对设计进行全面的功能和性能验证。
这可以帮助设计师发现和修复潜在的问题，并提高系统的可靠性和正确性。
5.案例开发经验除了上述的设计技巧，案例开发经验也非常重要。
设计师可以参考已有的FPGA设计案例，了解并学习其中的设计思路和技巧。
这些案例可以包括各种应用领域，如数字信号处理、图像处理、网络通信等。
通过分析和借鉴这些案例，设计师可以提高自己的设计能力，并在实际项目中应用。
综上所述，FPGA设计技巧与案例开发需要设计师具备一定的知识和经验。
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。
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高级设计技巧
fpga高级设计技巧FPGA（现场可编程门阵列）的高级设计技巧包括以下几点：1. 时钟树设计：时钟树是FPGA设计中非常关键的部分，因为它决定了系统的运行速度和稳定性。
要遵循单一时钟、时钟域划分、跨时钟域信号同步处理等原则，并尽可能使用FPGA内部的PLL、DLL和MMCM等工具来产生时钟。
2. 面积与速度的平衡：面积和速度是FPGA设计的两个重要指标，它们之间需要达到平衡。
在满足设计时序要求的前提下，应尽量占用最小的芯片面积，或者在规定面积下使设计的时序余量更大、频率更高。
3. 异步设计避免：尽可能采用同步设计，因为异步设计可能导致时序问题和其他难以预料的问题。
4. 功能模块复用：如果一个设计有较大的时序余量，可以通过功能模块的复用来减少整个设计消耗的芯片面积。
5. 数据流串并转换与并行复制：如果设计的时序要求很高，无法达到设计频率，可以通过将数据流进行串并转换，并行复制多个操作模块，采取乒乓操作和串并转换的思想运行。
6. 充分理解硬件语言：深入理解硬件描述语言（如VHDL或Verilog）以及它们是如何映射到FPGA上的逻辑资源的。
这有助于更好地优化设计，使其更有效地使用FPGA的资源。
7. 代码优化：优化硬件描述语言代码以减少资源使用和提高性能。
这可能包括减少不必要的逻辑门、优化算法、使用流水线设计等。
8. 仿真和测试：在设计过程中进行充分的仿真和测试，确保设计的正确性和性能。
这可以尽早发现并修复问题，减少后期调试的时间和成本。
9. 工具的使用：利用FPGA厂商提供的EDA（电子设计自动化）工具进行设计、布局和布线。
这些工具通常包括一些高级特性，如时序分析、功耗分析、布局优化等。
10. 文档和规范编写：在设计过程中及时编写和更新文档，记录设计决策、模块接口、时序约束等重要信息。
这有助于维护设计的可读性和可维护性，方便后续的修改和扩展。
遵循这些高级技巧，可以帮助您更有效地进行FPGA设计，提高系统的性能、稳定性和可维护性。
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第1节基本设计技巧乒乓操作1 操作过程2 从外部看，数据流没有停顿的进出3 用低速模块处理高速数据流4 实际上，用两个缓冲模块实现了串并转换，两个预处理模块并行，面积换速度；串并转换串并转换1 FPGA设计的一个重要技巧2 数据流处理的常用手段3 面积与速度互换思想的直接体现串并转换的实现方法多种多样，根据数据的排序和数量的要求，可以选用：1 寄存器：小设计2 RAM：数据量比较大的情况3 状态机：复杂的串并转换流水线操作1 流水线处理是高速设计中的一个常用设计手段2 如果某个设计的处理流程分为若干步骤，而且整个数据处理是“单流向”的，即没有反馈或者迭代运算，前一个步骤的输出是下一个步骤的输入，则可以考虑采用流水线设计方法提高系统的工作频率。
3 将适当划分的n个操作步骤单向串连起来4 数据流在流水线各个部分的处理，从时间上看是连续的5 数据流依次流经n个模块，完成每个步骤的操作6 流水线设计时，时序要进行合理安排，每个操作步骤的划分要合理，仔细考虑各个步骤间的数据流量7 如果前级操作时间恰好等于后级的操作时间，设计最为简单，前级直接输出到后级的输入即可8 如果前级操作时间大于后级的操作时间，则后级会经常空闲。
可以对前级的输出数据适当缓存，再输出到后级的输入端如果前级操作时间小于后级的操作时间，则必须通过复制逻辑，将数据流分流和并行预处理，或者在前级对数据采用存储、后处理方式，否则会造成后级数据溢出数据接口的同步1 两种易出问题的设计习惯--手工加入非门调整数据延迟，从而保证本级时钟对上级数据的建立、保持时间的要求--为了有稳定的采样，时而用正沿打一下数据，时而用负沿打一下数据，以调整数据的采样位置2 问题--一旦芯片更新换代，或者移植到其它器件系列的芯片上，采样实现必须重新设计--这两种做法造成电路实现的时序余量不够，一旦外界条件变换（比如温度升高），采样时序就有可能紊乱，造成电路不能完成预定的功能3 如果输入数据的节拍和本系统处理时钟同频，可以直接用本系统的主时钟对输入数据寄存器采样，完成输入数据的同步化如果输入数据的节拍和本系统处理时钟同频，可以直接用本系统的主时钟对输入数据寄存器采样，完成输入数据的同步化4 为了避免异步时钟域产生错误的采样数据，一般使用RAM、FIFO缓存的方法完成异步时钟域的数据转换。
在输入端口使用上级时钟写数据，在输出端口使用本级时钟读数据，就非第2节FPGA设计思考硬件描述语言的层次含义HDL是目前数字ASIC、FPGA、CPLD等最重要的一种设计输入方式：1 利于自顶向下的设计2 利于模块划分与复用3 可移植性好、通用性好4 与工艺无关等常用的概念层次系统级功能模块级行为级寄存器转移级门级Coding Style1 使用高层次HDL进行硬件设计，所带来的问题是设计者的设计思考与实际电路结构是脱节的;2 实际设计中，由于每个设计者对语言规则、电路行为的理解不同，编程风格不同，往往对同样的系统功能，描述的方式是不一样的。
所综合出来的电路结构更是大相迳庭; 即使最后综合出来的电路都能实现相同的逻辑功能，其复杂程度和延时特性都会有较大差别; 与设计层次有关;3 与综合工具相关;--挥综合工具的最大潜能--不同综合工具对一些语法细节的解释略有不同。
4 与器件的硬件结构相关--充分、合理的使用硬件资源分层次的模块化设计1 结构层次化编码是模块化设计思想的一种体现。
目前大型设计中必须采用结构层次化编码风格，以提高代码的可读性，易于模块划分，易于分工协作，易于设计仿真测试激励;2 最基本的结构化层次由一个顶层模块和若干个子模块构成，每个子模块根据需要还可以包含自己的子模块。
3 结构的层次不宜太深；4 顶层模块仅包含对所有模块的组织和调用；5 所有I/O信号的描述在顶层模块完成；6 子模块之间可以有接口；不要建立子模块之间跨层次的接口；7 子模块的合理划分很重要，应该综合考虑子模块的功能、结构、时序、复杂度等多方面因素。
模块划分的技巧1 结构层次化设计方法的第一个要点就是模块划分，模块划分非常重要，关系到能否最大程度上发挥项目成员协同设计的能力，更重要的是它直接决定着设计的综合、实现的耗时与效率。
2 模块划分的基本原则如下：--对每个同步时序设计的子模块的输出使用寄存器，有利于综合工具对逻辑进行优化；--关的逻辑或可以复用的逻辑划分在同一模块内；--将不同优化目标的逻辑分开；--将松约束的逻辑归到同一模块；--将存储逻辑独立划分成模块；--合适的模块规模。
尽量避免使用锁存器1 寄存器：时钟沿敏感，利用时钟沿确定数据传输到输出的时刻；2 锁存器：电平敏感，只要时钟是高电平（或低电平），就允许数据从输入传输到输出。
3 锁存器会造成设计和时序验证中的各种困难。
--锁存器对输入数据的毛刺非常敏感，会将其传送到输出--软件无法确定使用锁存器的设计人员的设计意图；--其他设计者不容易进行设计移植和代码重用。
4 FPGA拥有大量的寄存器，基于锁存器的设计比基于寄存器的设计要占用更多的逻辑资源，性能降低。
5 如果坚持用锁存器设计必须保证输入信号绝对没有毛刺，且满足保持时间。
6 同步时序设计应该尽量避免使用锁存器Latch；7 综合出锁存器的主要原因：--不完全的条件判断语句；--设计中有组合逻辑的反馈环路等异步逻辑。
8 防止产生不必要锁存器的措施:--用完整的if…else语句；--检查设计中是否含有组合逻辑反馈环路；--为每个输入条件，设计输出操作，对case语句设置default操作，在状态机中最好有一个default 的状态转移，每个状态最好有一个default的操作；--在使用case语句时，附加“full case”约束，以便将其综合为完全的条件case语句；--仔细检查综合软件的综合报告，目前大多数综合软件对综合出的锁存器会报告“warning”。
异步时钟域之间的数据交换第3节FPGA其他技巧优化时序1 可以使用pipelining、retiming、register balancing等时序优化方法；2 对设计中较长的组合逻辑路径进行分割和平衡，在一定程度上提高设计的工作频率；3 目前综合软件能够根据用户的参数配置，自动运用这些技术。
模块复用与资源共享1 举例：补码平方和module resource_share (data_in, square);input [7:0] data_in; //输入是补码output [15:0] square;wire [7:0] data_bar;assign data_bar = ~data_in + 1;assign square =(data_in[7])? (data_bar*data_bar):(data_in*data_in);endmodule举例：补码平方和module resource_share (data_in, square);input [7:0] data_in; //输入是补码output [15:0] square;wire [7:0] data_temp;assign data_temp = (data_in[7])? (~data_in + 1) : data_in;assign square = data_temp*data_temp;endmodule1 本例使用Synplify Pro7.2进行综合，关闭了“resource sharing”等所有优化选项；2 不同的综合软件，同一软件的不同版本、不同的优化参数设置、不同的目标器件等因素都可能造成不同的综合结果；3 目前很多综合软件都有“resource sharing”或类似的优化选项，软件在逻辑功能不变的情况下进行资源共享。
上例中，如果打开Synplify的“resource sharing”选项，则综合结果与第二种代码描述的综合结果完全一致；4 不能因为综合软件的优化能力增强，而片面的依靠它，还是要养成好的coding style。
--综合工具的优化能力还是有限的；--依靠综合工具的优化能力并不可靠。
逻辑复制1 逻辑复制是通过增加面积而改善时序条件的优化方法；2 如果某个信号需要驱动后级的很多单元，为了增加这个信号的驱动能力，，就可以复制生成这个信号的逻辑，使多路同频同相的信号驱动后续电路；3 可见，逻辑复制与资源共享，仍然体现了速度和面积的平衡问题。
一个侧重于速度目标，一个侧重于面积目标。
逻辑复制：sign data_out = (sel)? (a+b) : (c+d);资源共享：wire temp1, temp2;assign temp1 = (sel)? (a) : (c);assign temp2 = (sel)? (b) : (d);assign data_out = temp1 + temp2;香农扩展1 香农扩展（布尔逻辑扩展）也是一种通过逻辑复制、增加面积、提高速度的时序优化方法；2 是卡诺逻辑化简的反向操作。
3 通过增加多路选择器，缩短了某个优先级高、但组合路径长的信号的路径时延，从而提高该关键路径的工作频率。
4 优化目标决定是否使用这种时序优化手段。
信号敏感表1 信号敏感表：VHDL的process后、V erilog的always后的信号列表，模块的启动由信号敏感表中的信号来触发。
2 时序逻辑：在信号敏感表写明时钟信号的正负触发沿即可；3 组合逻辑：--将进程中使用到的所有输入信号和条件判断信号都列在信号敏感表中；--不完整的信号敏感表会造成前仿真结果和综合、实现后仿真结果不一致；--不同的综合工具处理方法不一样。
一般综合软件的默认做法是，将处理进程中用到的所有输入和条件判断信号都默认添加到综合结果的信号敏感表中，并对原设计敏感表中遗漏的信号给出警告信息。
复位逻辑1 复位方式：--与设计内容有关；--与目标器件的底层硬件结构密切相关。
2 异步复位vs.同步复位：--如果信号敏感表中含有复位信号的正沿或负沿触发，则属于异步复位逻辑；--一般来说，采用同步复位逻辑的设计工作频率较高；--使用异步复位逻辑的设计较简单；3 对于全局复位逻辑，不同厂商的器件的推荐设计不同：--对于CPLD，一般推荐使用异步的全局复位逻辑；--Xilinx的新型FPGA器件不推荐使用全局复位逻辑；--Lattice的多数FPGA器件推荐使用全局复位资源。
有限状态机（FSM）设计1 有限状态机是重要的逻辑设计方法，通过状态转移图可以将复杂的控制时序分解为状态之间的转换关系。
2 状态机类型：--Moore型：状态机的输出仅是当前状态的函数，且仅在时钟跳变时发生变化；--Mealy型：状态机的输出是当前状态和当前输入的函数，任何输入信号的变化都可能引起输出信号的变化，不与时钟同步。