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。
.lP',hn vGh>1U: 1. 信号驱动级数非常大,扇出很大,需要增加驱动力 lA/-fUA (g X8iKl kI@<H< 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。
gSw<C+ 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
{R@V ZBY2,%nAo @d 7V@F0d 图1.2 逻辑复制后
(Ll'j0]k> 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。
*kqC^2t Gvh"3|u?z 2. FPGA中需要做很多重复工作 5BXku=M BYM6cp+S L_vl%ii- 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。
h
ka_Fo 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。
pl1CPxSdO Bh cp=# module inout_interface(
^4"AWps dat_in,
YkB@fTTS io_out,
J-dB io_dir,
v7./u4S|V dat_out
xt,Qn460; );
j"h/v7~ input dat_in;
$>O~7Nfst7 input io_dir;
}a~hd*-# output dat_out;
[NO4Wzc inout io_out;
7G-?^ O |P<s+ assign io_out = io_dir ? dat_in :
1'bz; hPBBXj/=
assign dat_out = io_out;
j+ -r(lZ 0`c{9gY. endmodule eeCG#NFY5
-NN=(p!< =r ^_D= 如上述程序所示为单个双向IO口的典型设计代码,中间由IO输入方向控制数据和高阻之间的切换,难题出现了,怎么设计240位宽的双向IO口呢?难道如下列程序所示:
~KMah d:K\W[$Bz module inout_interface(
QE[<Y3M dat_in,
iD_y@+iz io_out,
=cjO] io_dir,
pl&nr7\ dat_out
LiT%d );
fuUtM_11 input [
239 :
0] dat_in;
S5 q1Mn input [
239 :
0] io_dir;
OriYt output [
239 :
0] dat_out;
-]zb3P inout [
239 :
0] io_out;
&Z]}rn ~>=.^ assign io_out = io_dir ? dat_in :
240'bz; 65~E<)UJ
assign dat_out = io_out;
NC-K`) 5<ruN11G endmodule 70 R6: ?cRF;!o" 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。
BK%B[f*[OA 修改代码如下:
P1LOj 5>f" module inout_interface(
9Tt%~m^ [//i "Nm dat_in,
aHW34e@ebL gUx}vE- io_out,
VM\R-[ d%'#-w' io_dir,
lY
tt|J -GPBX? dat_out
vNs%e/~vj nahq O|~ );
3qe`#j OmWEa input [
239 :
0] dat_in;
K)LoZ^x0) *FC8=U2\X input [
239 :
0] io_dir;
,R`CAf%* ,6g{-r-2 output [
239 :
0] dat_out;
bOr11? Nz`8)Le inout [
239 :
0] io_out;
:gwmk9LZ :Pdh##k K.}jOm -@w,tbc$ assign io_out[
0] = io_dir[
0] ? dat_in[
0] :
1'bz; ?; W"=I*3
F7JO/U^oU assign dat_out[
0] = io_out[
0];
]ouoRlb/ Cb{D[ U U_0@V< xQvI$vP assign io_out[
1] = io_dir[
1] ? dat_in[
1] :
1'bz; X^eyrqv
Ly2,*\7 assign dat_out[
1] = io_out[
1];
n?r8ZDJ' a^J(TW/ l.pxDMY vm+3!s:u assign io_out[
2] = io_dir[
2] ? dat_in[
2] :
1'bz; hTLf$_|P
8m
iJQIq assign dat_out[
2] = io_out[
2];
j? BL8E' Q;3`T7 fKY-@B[| WMtFXkf6" .
/(s |'"6 PM84Z@Y .
// 此处略去1万行 Lbz/M_G
S,:!H@~B .
wd*B3 :.g/=Q(T~ a8T9=KY^ _)5E= assign io_out[
239] = io_dir[
239] ? dat_in[
239] :
1'bz; 75Z|meG~
kQ\ $0=6N9 assign dat_out[
239] = io_out[
239];
cN&Ebn a.%ps: _WWC8?6U SzpUCr" endmodule @~hy'6/ Lld45Bayb
显然这种办法能实现240位宽的独立方向控制IO,但是估计写代码要累死人,有没得更好的办法呢?
^ou)c/68aQ 当然有,在verilog2001中有个逻辑复制语法——generate,可以对verilog模块进行无限复制。有了这个模块我们即可轻松通过逻辑复制来达到我们的要求了。
),N,!15j, q("XS // 单个双向IO实现模块 KU$,{Sn6@
4Px|:7~wT8 module pin_inout(
SV t~pE+Y ASy?^Jrs5 indat,
apm%\dN *Ze0V9$' indir,
bQ3<>e\%B Ne<S_u2nT outdat,
y$7Ys:R~ >A{Dpsi\ outdatin
UeFJ5n'x: -hnNaA );
ldTXW(^j Rf4K Rhi H3$py|}lL #w|v.35%? input indat;
F,S)P`? b(N\R_IQ~ input indir;
7 w,D2T 26aDPTP $< inout outdat;
_(J#RH MUl7o@{' output outdatin;
)I*(yUj \l(J6Tu xDw~n (* wyX3qH assign outdat = indir ? indat :
1'bz; -'qVnu
nyPeN?- assign outdatin = outdat;
\9`E17i *CXc{{ AcuZ?LYzK pdJ]V`m endmodule yH"i5L9 Q SF0?Puf (]cL5o9 Z#@ module inout_interface(
U:8]G f$^wu~ dat_in,
A"pQOtrm\k mmJnE io_out,
j|pTbOgk% Qqg.z-G%. io_dir,
~.3v\Q j=T8b dat_out
>z%YKdq 9NwUXh(:( );
] :LlOv$ mOj; 0 R input [
239 :
0] dat_in;
&C