在
FPGA设计中经常使用到逻辑复制,逻辑复制也用在很多场合。
f4
qVUU }jUsv8`}8R 1. 信号驱动级数非常大,扇出很大,需要增加驱动力 M.K^W ` 9b/Dswxjx 4-t^?T:qF 逻辑复制最常使用的场合时调整信号的扇出。如果某个信号需要驱动后级很多单元,此时该信号的扇出非常大,那么为了增加这个信号的驱动能力,一种办法就是插入多级Buffer,但是这样虽然能增加驱动能力,但是也增加了这个信号的路径延时。
j.ucv 为了避免这种情况这时可以复制生成这个信号的逻辑,用多路同频同相的信号驱动后续
电路,使平均到每路的扇出变低,这样不需要插入Buffer就能满足驱动能力增加的要求,从而节约该信号的路径延时。如从图1.1到图1.2转变所示。
图1.1 逻辑复制前
^DN:.qQ )S
7+y6f&* c:.~%AJx 图1.2 逻辑复制后
b8e\( Dww 由于现在综合器都已经非常智能,此种场合的逻辑复制工作大多由综合器完成,不需要人手动调整。各大FPGA厂商的综合器以及第三方综合器都有这种功能。
Kv(R|d6Lp
V^,eW! 2. FPGA中需要做很多重复工作 )q[P&f(h NJ)Dw`|%|) MoE&)~0u& 在某些FPGA设计中,需要很多重复设计的时候,这时候逻辑复制也就有用了。
T8|5%Y 例如:在某个特殊应用场合需要设计方向可以任意改变的240位宽的三态IO管脚。我们先看看
常用的一个位宽的三态管脚怎么设计。
f-G)pHm 1_<x%>zG module inout_interface(
A*eVz]i,k& dat_in,
.07`nIs" io_out,
]q.%_ io_dir,
y?&hA!x dat_out
=KUmvV*\ );
~L"$(^/ input dat_in;
PR
Mg6 input io_dir;
G0{Z@CvO' output dat_out;
`Bw]PO inout io_out;
yo=L1;H ~%8P0AP assign io_out = io_dir ? dat_in :
1'bz; >Jmla~A
assign dat_out = io_out;
ly-(F2 N^dQX,j endmodule HMCLJ/ iCPm7AU pY`$k#5 如上述程序所示为单个双向IO口的典型设计代码,中间由IO输入方向控制数据和高阻之间的切换,难题出现了,怎么设计240位宽的双向IO口呢?难道如下列程序所示:
CtXbAcN2B %(1OjfZc module inout_interface(
4kjfYf@A dat_in,
O|V0WiY< io_out,
uhh7Ft#H io_dir,
)A$"COM4 dat_out
PqV
F} );
&h0LWPl input [
239 :
0] dat_in;
b)<WC$" input [
239 :
0] io_dir;
4AS%^&ah output [
239 :
0] dat_out;
1o`1W4Q inout [
239 :
0] io_out;
z.Ic?Wz7 B;r_[^ assign io_out = io_dir ? dat_in :
240'bz; l S)^8
assign dat_out = io_out;
&t^*0/~ M
bWby' endmodule oI;ho6y) 8f9wUPr 显然这样是不行的,因为当io_dir为240位的时候只有当全为0的时候此式才为假,其余时候都为真,显然达不到想要的每个IO都是双向口的设计。
-K 'UXoU1 修改代码如下:
1ysfpX{= XI\Slq module inout_interface(
*S ag cu N9RG dat_in,
C< c6Ub y:RW:D& io_out,
509T?\r gx.\H3y io_dir,
gz~oQ
l)zJ )X0=z1$ dat_out
m$p}cok#+S J<0{3pZY );
L5bq\ ,`}yJ*7 input [
239 :
0] dat_in;
J8emz8J 8ttJ\m input [
239 :
0] io_dir;
%JM$] Voo'ZeZa output [
239 :
0] dat_out;
Y~vk>ZC I=kqkuW inout [
239 :
0] io_out;
Kk8wlC k24I1DlR8 !T,<p
)#m{"rk[x, assign io_out[
0] = io_dir[
0] ? dat_in[
0] :
1'bz; f'oTN!5WF
MJ JC6: assign dat_out[
0] = io_out[
0];
~6f/jCluR% _d]{[&
p4t -TF},V~ ESCN/ocV assign io_out[
1] = io_dir[
1] ? dat_in[
1] :
1'bz; }|Qh+{H*.
k+9F;p7 assign dat_out[
1] = io_out[
1];
rRRh-%.RU m^QoB U4"^NLAq $VmV>NZ assign io_out[
2] = io_dir[
2] ? dat_in[
2] :
1'bz; VZi1b0k1.
sE?%;uBb assign dat_out[
2] = io_out[
2];
+j 9+~ f SkC>mWv lwQ!sH[M h>`[p,o .
}dN\bb{# nX!%9x$3 .
// 此处略去1万行 rN&fFI
p6- //0qb .
~ EBaVl ({ +ywz@0nx b$'%)\('g aH"d~Y^ assign io_out[
239] = io_dir[
239] ? dat_in[
239] :
1'bz; @ym:@<D
vc: kY assign dat_out[
239] = io_out[
239];
8XH;<z<oJ jA,y.(mR e8`d<U wrkw,H endmodule 5S4Nx> dEDhdF#f 显然这种办法能实现240位宽的独立方向控制IO,但是估计写代码要累死人,有没得更好的办法呢?
$*{,Z<|2 当然有,在verilog2001中有个逻辑复制语法——generate,可以对verilog模块进行无限复制。有了这个模块我们即可轻松通过逻辑复制来达到我们的要求了。
j0L%jz Vx!ZF+ // 单个双向IO实现模块 bSIY|/d+
TIp\- module pin_inout(
usc/DQ1 &3iI\s[ indat,
U9]&KNx <W!T+sMQj indir,
Sqp91[, 1jx?zvE, outdat,
!*c%Dj 5i6Ji( outdatin
CRo@+p10 mCnl@ );
8;qOsV)UDT 2_Lu0Yrg :30daKo !IJ
YaQ6z input indat;
b|87=1^m[ D Z~036 input indir;
s3Bo'hGxG eF;Jj>\R+i inout outdat;
F~v0CBcAL pp|$y\ZzB output outdatin;
=>S[Dh sB0]lj-[Un R Q8"vF# VKPsg assign outdat = indir ? indat :
1'bz; ;-i)}<
HE*^!2f assign outdatin = outdat;
p+Yy"wH:h{ un\o&0} ^E,
#}cW r6D3u(kMb endmodule +v%+E{F$+ `_D A! Urw =a$ UChLWf|' module inout_interface(
cm!vuoB~~ HZ(giAyjq dat_in,
`m V(: VVF9X(^rQ io_out,
z>W?\[E<2 ?RE"<L io_dir,
jz3f{~ h 1'm[Y dat_out
M3eSj`c3 DW,Z})9 );
shLMj)7! 2UR1T~r input [
239 :
0] dat_in;
<'T DOYb p*jH5h cy input [
239 :
0] io_dir;
U*EBH . Z`xNp output [
239 :
0] dat_out;
lNe5{'OrO 9r:|u:i7m inout [
239 :
0] io_out;
Nn0j}ZI)1 s4Jy96< WM9({BZ $5#DU__F/ // 逻辑复制240次 aEEb1Y
[:izej(\ genvar i;
ZRGe$HaU }L`Z<h*H generate uC]c`Ue *>GRU8_} for(i =
0; i <
240; i = i +
1)
'K23oQwDB ,=pn}\R begin : pin_loop
B0g?!.#23 5rtE/{A pin_inout pin_inout_inst(
\^cXmyQ <% m8l!+8 .indat ( dat_in
), Ea[SS@'R
A)#Fyde
.indir ( io_dir ), N7q6pBA"E
F${}n1D
.outdat ( io_out ), &`'@}o>2
;Rxc(tR!n
.outdatin ( dat_out ) x9]vhR/av
=FAIbM>u
); z@<jZM
!6 kn>447Y
end #/t+h#jG
r.]IGE|
endgenerate %4wHiCOg
I,/E.cRV<
'O
7>w%#
Fbw.Y6
endmodule j3R}]F'C*
n482?Wp
由上面代码可看出,巧妙利用verilog语法能减少自身工作量。 FbCuXS=+`
}+:X= @Z@
3. 总结 8qUNh#
gP ^A
(2
P&@!|
在FPGA设计中有些情况的逻辑复制不需要我们做,但是有些情况的逻辑复制不得不手工完成,因此,熟练掌握verilog语法是设计出好的模型、减少工作量的前提。