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水煮FPGA 传统FPGA设计流程简介 FPGA? Field Programmable Gate Array 可编程逻辑器件 适合高密度，复杂时序逻辑 供应商： Xilinx、Altera、Actel、Lattice、Quicklogic FPGA结构 可编程IO 可编程逻辑单元 LUT（查找表） 寄存器 布线 全局线（低Skew、强驱动） 普通互连（长、短） 专用进位链 内嵌功能单元 PLL/DLL RAM DSP SERDES …… FPGA设计流程 电路设计 功能仿真 综合 综合后仿真 布局布线 布局布线后仿真 板级仿真（optional） 加载配置，在线调试 FPGA设计平台 Xilinx ISE — 界面简洁的工具接口 Altera Quarters II — 高集成度的工具箱 MAXPLUS II 模型设计 数字系统模型设计层次 ESL Behavior level RTL Gate level 设计输入 SystemC, SystemVerilog HDL 原理图 — simple 网表 – IP core 高性能电路HDL描述 1、提升频率 算法：并行、乒乓、流水线……合理按排数据流 结构：源逻辑复制，减少扇出…… 2、减少资源、功耗 资源共享，时钟使能 功能仿真 Tools Modelsim VCS NCsim …… Working in Test Bench 建议在设计中估算并加入延时信息 综 合 将模型映射到现有资源 Tools Synplify Pro – for most FPGA XST – for xilinx FPGA Quartus – for Altera FPGA …… 可综合HDL设计 HDL是描述性语言，非设计语言，原则上先有电路后有HDL。 可综合的特点：可以直观反应到一个或几个具体的简单电路上 if()…else… ? mux2 always @( posedge clk) begin … ? DFFs end for()… ? ? a÷b ? ? 传说中可综合的RTL不一定可综合 对应的映射区间限制在FPGA现有的资源内 HDL模型优化 — 我们的目标是，没有不确定性 — 不要让综合器替你做决定 用HDL设计描述你的设计 尽量使用厂商所提供的库 使用综合约束 A+B+C+D 综合约束 模型优化（speed、area） 模型映射自由度 设置方式： 1、菜单选择 – for global 2、HDL内嵌入 – for special 3、约束文件编辑 综合结果观察 1、综合报告 资源利用率 最大设计速率 – 注意你的Warning 2、RTL View/Technology View 跟踪、分析关键模块、路径 综合后仿真 目的： 验证综合后的实际功能与模型所描述功能的一致性 添加器件延时信息，初步验证时序（optional） 实 现 流程 布局 单元放置 物理综合（optional） 布线 单元连接 单元重放置 约束 唯一人为干预实现过程的接口 决定实现效果好坏的主要因素 约束不会提升设计的最佳性能，同综合一样，它只增加实现过程的可控性，结果的唯一性 PIN 分配管脚、电压标准 驱动能力、速度 输入延迟 端接阻抗 Timing …… Area …… Area Constraint 绝对位置 ? 触发器 ? LUT ? RAM/DSP ……（primitive） 绝对区域 ? 模块 ? group of primitive 相对位置 ? 触发器 ? LUT ? RAM/DSP …… （primitive） 相对区域 ? 模块 指定布线 ? net ！区域约束主要目的是关联耦合逻辑，减少后续布线压力；其次是加大资源利用率。 ！靠的近信号延迟不一定就小，信号线上延迟主要来自线与线之间的转接（如LUT，switch-box）。由于FPGA内部连接的结构是横纵两向的，斜向的连接延迟会大于横纵方向上最大跨度连接。所以，在做位置约束时尽量避免斜向；而区域约束要松，如果没有资源上的顾虑，约束面积建议为所需的3倍以上。 ！对时序的改善贡献很小，紧的约束甚至有恶化时序的可能。 Timing Constraint 端口输入输出约束 ? IO端口 时钟约束 单时钟域约束 ? 同步器件 多时钟域约束 ? 关联时钟