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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。 A|`mIma# 2{9%E6%# 1. 信号驱动级数非常大,扇出很大,需要增加驱动力 laQ{nSVBm ?3yrX_Qm{ vUR@P
- 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。 -%ftPfm 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 oU/{<gs SH5a&OVZhn M`49ydh& 图1.2 逻辑复制后 nc9sfH3 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。 /4YxB, 7m.>2U 2. FPGA中需要做很多重复工作 D16w!Mnz{K '&!:5R5 9 mIW/x/I 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。 9CFh'>}$ 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。 miB+'n"zS /_!Ed] module inout_interface( {lbNYjknS dat_in, y41~ io_out, NI85|*h io_dir, ,DD}o dat_out #:xv]qb`k ); b#W(&b^q input dat_in; Nz%Yi?AF input io_dir; )?<V-,D output dat_out; 7{Zs"d{s inout io_out; hiw>Q7W ;$g?W" assign io_out = io_dir ? dat_in : 1'bz; &W{<Yf9 assign dat_out = io_out; #]*]qdQWV^ 4Cp)!Bq?/ endmodule FnCMr_ ?>DwNz^.! CE7{>pl 如上述程序所示为单个双向IO口的典型设计代码,中间由IO输入方向控制数据和高阻之间的切换,难题出现了,怎么设计240位宽的双向IO口呢?难道如下列程序所示: }t0JI3 P*/ig0_fM module inout_interface( .\7AJB\l dat_in, Ge ?Q)N io_out, "J{A}g[ io_dir, }oL
l?L dat_out M:t"is ); >9,LN;Ic input [ 239 : 0] dat_in; ke2}@|?t input [ 239 : 0] io_dir; Vx%!j& output [ 239 : 0] dat_out; R,`3 SW() inout [ 239 : 0] io_out; IweNe`Z qHu\3@px assign io_out = io_dir ? dat_in : 240'bz; >">grDX assign dat_out = io_out; eQJyO9$G :KI0j%>2y endmodule &F.L*M NEt_UcC 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。 5s:g(gy3BR 修改代码如下: &sooXKlv| \xKhbpO~ module inout_interface( BeFXC5-qat Xb.#
=R dat_in, ({mlA`d] bO+e?&vQ% io_out, #c(BBTuX )CD-cz6n io_dir, {Z}zT1kA cd;~60@K dat_out #:=*n(GT ~H:.&'E ); kudXwj I^m9(L4% input [ 239 : 0] dat_in; GpCjoNcW{ zKQXmyO input [ 239 : 0] io_dir; [bjP-pX l%#z output [ 239 : 0] dat_out; DpIk$X 3K%_wCZ inout [ 239 : 0] io_out; `!C5"i8+i2 $s,(-C Hlz$@[$ $1n\jN assign io_out[ 0] = io_dir[ 0] ? dat_in[ 0] : 1'bz; 9'A^n~JHF @;Xa&* assign dat_out[ 0] = io_out[ 0]; ^-,@D+eW gp4@6HuUd Xz"xp8Hc(6 -o+; e3# assign io_out[ 1] = io_dir[ 1] ? dat_in[ 1] : 1'bz; xzBUm V1\Rj0#G assign dat_out[ 1] = io_out[ 1]; s} oD?h:T3 <%m$
V5h Q+dLWFI <+:
PTG/(' assign io_out[ 2] = io_dir[ 2] ? dat_in[ 2] : 1'bz; S6{u(=H Q1P=A:*]9 assign dat_out[ 2] = io_out[ 2]; Mh=j^ [4Q _CG
ED{b@ #,;Q|)AD:e lbC9^~T+ . _*n
4W^8 (f
. // 此处略去1万行 sfs2ki H |)%;B% . s ?|Hw|j $j"BHpN z)%]#QO AL*M`m_ assign io_out[ 239] = io_dir[ 239] ? dat_in[ 239] : 1'bz; =gHUY&sPu8 okH*2F(- assign dat_out[ 239] = io_out[ 239]; !rff/0/x" N]&:xd5 @k\npFKQm {=9"WN endmodule [I=1
,OBJ>_5 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? 2 @t?@,c 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。 [BFPIVD)h] z,(.` %h // 单个双向IO实现模块 :i*
=s}cv QZFH>,d module pin_inout( vAfYONU *V{Y.`\ indat, zG\:#,9 K$5mDScoJ indir, #1Iev7w (PSL[P outdat, !wH'dsriD ~r&+18Z; outdatin J6Nhpzp !H~PF*,hY ); UHX,s ?P(U/DS8 ~$m:j]; z~#d@c\ input indat; ;jFUtG }B&+KO) input indir; "-g5$v$de HEF\TH9 inout outdat; 8p PQ {gI% - output outdatin; ebhV;Q. (BIg 'k/:3?R `Af5%m[ assign outdat = indir ? indat : 1'bz; r;GAQH}j_ BF /4 assign outdatin = outdat; )3)x/WM (= Wu5H hQaa"U7[ synueg endmodule Ys8D|HIk 0Z
jE(3i J9lG0 Z5,"KhB] module inout_interface( yQ| V7G x$.0:jP/s dat_in, YqYobL*q/ 9(hI%idq io_out, *.!5327 lfqsoIn; io_dir, ,D\}DJ`)C A\|:hzu+ dat_out fk\hrVP `_(N(dm ); %!]CP1S >w#&fd input [ 239 : 0] dat_in; lKV7IoJ&; o_cAelI[! input [ 239 : 0] io_dir; B
!Z~j T AA[?a
output [ 239 : 0] dat_out; p+16*f9,^ CmdPa!4) inout [ 239 : 0] io_out; BKQwF*<V j<}y( ~ + {WZpP},v c"zE // 逻辑复制240次 7x.]
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JVUHn genvar i; @-.Tgpe@a '%*/iH6<U{ generate W/u_<\ Og?P5&C"9D for(i = 0; i < 240; i = i + 1) 6<No_x |_ Za7!n{?0 begin : pin_loop
!qTP D'Uv7Mis pin_inout pin_inout_inst( ;upYam" qm"AatA .indat ( dat_in ), I|_U|H!` spTIhZ .indir ( io_dir ), |j}%"wOh q1Ehl
S .outdat ( io_out ), p)s*Cw .cs4AWml< .outdatin ( dat_out ) QPKY9.Rvv _7,4C? ); 6nW]Q^N} wSG!.Ejc7 end bP7_QYQ6 y~Vl0f; endgenerate M)CQ|P ;qaNIOo9 Z%QU5. WTwura, endmodule EgTj
{emym$we 由上面代码可看出,巧妙利用verilog语法能减少自身工作量。 m*` W&k[ `9nk{!X\ 3. 总结 gF r-P! 3 ;:8SN&). ij02J`w:Ra 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。
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