一些提高fpga运行速度的方法

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简介: FPGA[1]是英文Field-Programmable Gate Array的缩写,即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

1. 修改你的系统结构设计,或者VERILOG代码:

这个是最好的方法,另外一个是加TIMING CONSTRAINTS,这个我呆会儿说。具体的方法很多,比如切割大的逻辑,用一个大CLK(比如10NS)完成的大逻辑切割成两个小CLK(6NS)完成的小逻辑,这样虽然延时增加了,但是系统的频率上去了,你的设计就可以突破这个BOTTLE NECK.

那什么是大的逻辑什么是小的逻辑,你可以看静态时序报告,这玩艺你一定要懂,不然你做FPGA就是在玩,即使你的设计能跑起来,那你也是玩起来的,而不是做起来的。

静态时序报告会提示你那个PATH是延迟最大的,这个延迟就是你设计中制约你频率的PATH,这个延时有两个东西带来,逻辑延迟和布线延迟,逻辑延迟大的话,就切割逻辑为小的逻辑,现在FPGA基本上是一个4输入SRAM,你的逻辑输入就被当作地址,而逻辑结果早就在FPGA配置后放在SRAM里面,这样FPGA运行的时候,根据不同的逻辑输入,从SRAM中取得逻辑结果输出,比如你的逻辑是Fout = f(x,y,z,t),那么x,y,z,t就是当作了一个sram的地址,各种结果就放在sram的16个内存中,根据不同的x,y,z,t来取出结果放在Fout上输出,如果你的逻辑比较复杂,比如要5个输入信号(超过了4个)要在一个clk中完成,那你的逻辑一个sram一定完成不了,需要两个 sram,好,这就是一个大逻辑,你要切割它,所谓切割就是搞一个临时中间变量,比如F= X + Y + Z,你可以分为两步走:第一个CLK: TEMP = X + Y;第二个CLK: F = TEMP + Z。简单的判断你可以通过综合结果也可以看到,比如在SYNPLIFYPRO里的TECKNOLOGUY OR RTL VIEWER看你的逻辑是不是在一个SRAM里,如果不在就是大逻辑了。另外一个就是布线延迟带来的频率BOTTLE NECK。这就需要用布局布线的TIME CONSTRAINTS来辅助你了。

2 TIME CONSTRAINTS:

作IC的和作FPGA的什么区别:?CONSTRAINTS! 做IC你不但要写RTL CODE,还要加面积CONSTRAINTS,时序CONSTRAINTS,功耗CONSTRAINTS。那你现在就可以明白了CONSTRAINTS有多重要,CONSTRAINTS得工具要看FPGA厂商的工具了,比如ISE QUANTUS。同时在写RTL代码的时候也要加CONSTRAINTS,因为它直接决定你的网表的结构,如果你的RTL的约束写的不好,比如一个状态机有ONEHOT 或者 GRAY CODE风格,你如果写的是ONEHOT风格,但是在CONSTRAINTS却让综合期综合为GRAY CODE风格(现在的综合器很智能,可以把你写的风格代码综合为你设定的CONSTRAINTS其他风格),那你的网表就不一样了,后边的布局布线工具再努力也没有用。

要加CONSTRAINTS,就要看FPGA厂商的CONSTRAINTS文件格式,比如UCF(ISE),QSF(ALTERA)。具体不谈了,自己好好学习,这个实在太多,比如你看一个逻辑的输入源和输出目的地太远,带来了很大布线延迟,那就把加CONSTRAINTS把他们尽量拉近,但是距离近不一定他们布线就近了,FPGA可能会在两个很近的单元之间布很长的线,你还要在CONSTRAINTS里告诉布局布线工具让他们的的布线也很短,不推荐用手工拉线,这样你以后的代码就不能当作IP给被人用了,而是要用CONSTRAINTS,这样你以后写好RTL代码和CONSTRAINTS文件,就能当作IP卖给客户了,不然你就留着自己玩玩算了。CONSTRAINTS很多,不具体说了,最重要的是PERIOD或者Fmax约束,分别对应 xilinx和altera,具体自己学习,不多说了,一般的应用用这两个CONSTRAINTS就可以了。

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