FPGA的用處比我們平時(shí)想象的用處更廣泛，早期的嵌入式開(kāi)發(fā)FPGA相對(duì)比較簡(jiǎn)單，所有的功能單元僅僅由管腳、內(nèi)部buffer、LE、RAM構(gòu)建而成，而LE由LUT（查找表）和D觸發(fā)器構(gòu)成，RAM也往往容量非常小?，F(xiàn)在的FPGA不僅包含以前的LE，RAM也更大更快更靈活，管教IOB也更加的復(fù)雜，支持的IO類型也更多，而且內(nèi)部還集成了一些特殊功能單元。包括DSP、SERDES、CPU core。

時(shí)鐘樹(shù)

對(duì)于FPGA來(lái)說(shuō)，要盡可能避免異步設(shè)計(jì)，盡可能采用同步設(shè)計(jì)。同步設(shè)計(jì)的第一個(gè)關(guān)鍵，也是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，就是時(shí)鐘樹(shù)。一個(gè)糟糕的時(shí)鐘樹(shù)，對(duì)FPGA設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，是一場(chǎng)無(wú)法彌補(bǔ)的災(zāi)難，是一個(gè)沒(méi)有打好地基的大樓，崩潰是必然的。

具體一些的設(shè)計(jì)細(xì)則：

1）盡可能采用單一時(shí)鐘；

2）如果有多個(gè)時(shí)鐘域，一定要仔細(xì)劃分，千萬(wàn)小心；

3）跨時(shí)鐘域的信號(hào)一定要做同步處理。對(duì)于控制信號(hào)，可以采用雙采樣；對(duì)于數(shù)據(jù)信號(hào)，可以采用異步fifo。需要注意的是，異步fifo不是萬(wàn)能的，一個(gè)異步fifo也只能解決一定范圍內(nèi)的頻差問(wèn)題。

4）盡可能將FPGA內(nèi)部的PLL、DLL利用起來(lái)，這會(huì)給你的設(shè)計(jì)帶來(lái)大量的好處。

5）對(duì)于特殊的IO接口，需要仔細(xì)計(jì)算Tsu、Tco、Th，并利用PLL、DLL、DDIO、管腳可設(shè)置的delay等多種工具來(lái)實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)單對(duì)管腳進(jìn)行Tsu、Tco、Th的約束往往是不行的。

可能說(shuō)的不是很確切。這里的時(shí)鐘樹(shù)實(shí)際上泛指時(shí)鐘方案，主要是時(shí)鐘域和PLL等的規(guī)劃，一般情況下不牽扯到走線時(shí)延的詳細(xì)計(jì)算（一般都走全局時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)和局部時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)，時(shí)延固定），和ASIC中的時(shí)鐘樹(shù)不一樣。對(duì)于ASIC，就必須對(duì)時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、布線、時(shí)延計(jì)算進(jìn)行仔細(xì)的分析計(jì)算才行。

FSM

FSM：有限狀態(tài)機(jī)。這個(gè)可以說(shuō)時(shí)邏輯設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。幾乎稍微大一點(diǎn)的邏輯設(shè)計(jì)，幾乎都能看得到FSM。FSM分為moore型和merly型，moore型的狀態(tài)遷移和變量無(wú)關(guān)，merly型則有關(guān)。實(shí)際使用中大部分都采用merly型。

FSM通常有2種寫(xiě)法：?jiǎn)芜M(jìn)程、雙進(jìn)程。

初學(xué)者往往喜歡單進(jìn)程寫(xiě)法，格式如下：、

always @（ posedge clk or posedge rst ）

begin

if （ rst == 1‘b1 ）

FSM_status 《= 。。。。。。;

else

case （ FSM_status ）

。。。。。。;

endcase

end

簡(jiǎn)單的說(shuō)，單進(jìn)程FSM就是把所有的同步、異步處理都放入一個(gè)always中。

latch

首先

1）stateCAD沒(méi)有用過(guò)，不過(guò)我感覺(jué)用這個(gè)東東在構(gòu)建大的系統(tǒng)的時(shí)候似乎不是很方便。也許用system C或者system Verilog更好一些。

2）同步、異步的叫法是我所在公司的習(xí)慣叫法，不太對(duì)，不過(guò)已經(jīng)習(xí)慣了，呵呵。

這次講一下latch。latch的危害已經(jīng)說(shuō)過(guò)了，這里不再多說(shuō)，關(guān)鍵講一下如何避免。

1）在組合邏輯進(jìn)程中，if語(yǔ)句一定要有else！并且所有的信號(hào)都要在if的所有分支中被賦值。

always @（ * ） begin

if （ sig_a == 1‘b1 ） sig_b = sig_c;

end

這個(gè)是絕對(duì)會(huì)產(chǎn)生latch的。

正確的應(yīng)該是：

always @（ * ） begin

if （ sig_a == 1’b1 ） sig_b = sig_c;

else sig_b = sig_d;

end

另外需要注意，下面也會(huì)產(chǎn)生latch。也就是說(shuō)在組合邏輯進(jìn)程中不能出現(xiàn)自己賦值給自己或者間接出現(xiàn)自己賦值給自己的情況。

always @（ * ） begin

if （ rst == 1‘b1 ） counter = 32’h00000000;

else counter = counter + 1;

end

但如果是時(shí)序邏輯進(jìn)程，則不存在該問(wèn)題。

2）case語(yǔ)句的default一定不能少！

原因和if語(yǔ)句相同，這里不再多說(shuō)了。

需要提醒的是，在時(shí)序邏輯進(jìn)程中，default語(yǔ)句也一定要加上，這是一個(gè)很好的習(xí)慣。

3）組合邏輯進(jìn)程敏感變量不能少也不能多。

這個(gè)問(wèn)題倒不是太大，verilog2001語(yǔ)法中可以直接用 * 搞定了。順便提一句，latch有弊就一定有利。在FPGA的LE中，總存在一個(gè)latch和一個(gè)D觸發(fā)器，在支持DDR的IOE（IOB）中也存在著一個(gè)latch來(lái)實(shí)現(xiàn)DDIO。不過(guò)在我們平時(shí)的設(shè)計(jì)中，對(duì)latch還是要盡可能的敬而遠(yuǎn)之。

邏輯仿真

仿真是FPGA設(shè)計(jì)中必不可少的一步。沒(méi)有仿真，就沒(méi)有一切。仿真是一個(gè)單調(diào)而繁瑣的工作，很容易讓人產(chǎn)生放棄或者偷工減料的念頭。這時(shí)一定要挺??！仿真分為單元仿真、集成仿真、系統(tǒng)仿真。

單元仿真：針對(duì)每一個(gè)最小基本模塊的仿真。單元仿真要求代碼行覆蓋率、條件分支覆蓋率、表達(dá)式覆蓋率必須達(dá)到100％！這三種覆蓋率都可以通過(guò)MODELSIM來(lái)查看，不過(guò)需要在編譯該模塊時(shí)要在Compile opTIon中設(shè)置好。

集成仿真：將多個(gè)大模塊合在一起進(jìn)行仿真。覆蓋率要求盡量高。

系統(tǒng)仿真：將整個(gè)硬件系統(tǒng)合在一起進(jìn)行仿真。此時(shí)整個(gè)仿真平臺(tái)包含了邏輯周邊芯片接口的仿真模型，以及BFM、Testbench等。系統(tǒng)仿真需要根據(jù)被仿真邏輯的功能、性能需求仔細(xì)設(shè)計(jì)仿真測(cè)試?yán)头抡鏈y(cè)試平臺(tái)。系統(tǒng)仿真是邏輯設(shè)計(jì)的一個(gè)大分支，是一門(mén)需要專門(mén)學(xué)習(xí)的學(xué)科。

來(lái)源：朗銳智科