学习FPGA的小Tips

twel2e · 发表于 2021-6-28 09:21

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一、Verilog 编码风格

1.1 使用“`include编译器指令”

文件包含“`include编译器指令”用于在合成过程中将源文件的全部内容插入到另一个文件中。它通常用于包括全局项目定义，而无需在多个文件中重复相同的代码。另一个用例是将代码的一部分插入模块，如以下示例所示：

// file test_bench_top.v
// top-level simulation testbench
module test_bench_top;
`include “test_case.v”
endmodule
// file test_case.v
initial begin
//…
end
task my_task;
//…
endtask

> include编译器指令的语法定义为：`include <filename>

<filename>可以是文件名，还可以包含绝对或相对路径名：

`include “test_case.v”
`include “../../includes/test_case.v”
`include “/home/myprojects/test/includes/test_case.v”

建议仅在include中使用文件名，而不要使用绝对或相对路径名。这将使代码位置独立，因此更加可移植。另一个建议是保持包含文件简单而不使用嵌套的include指令。

1.2 使用`define编译器指令，parameter和localparam

`define是文本宏替换编译器指令。它定义为：`define <text macro>

<text macro>可以包含带有可选参数列表的单行或多行文本。

`define具有全局范围。一旦定义了文本宏名称，就可以在项目中的任何地方使用它。文本宏通常是用于定义状态名称，常量或字符串的简单标识符。

parameter关键字定义模块特定的参数，该参数在特定模块实例的范围生效。参数用于为模块实例提供不同的自定义，例如，输入或输出端口的宽度。以下是使用parameter关键字的示例：

module adder #(parameter WIDTH = 8) (
input [WIDTH-1:0] a,b, output [WIDTH-1:0] sum );
assign sum = a + b;
endmodule // adder
// an instance of adder module
adder # (16) adder1 (.a(a[15:0]),.b(b[15:0]),.sum(sum[15:0]));

localparam关键字与parameter相似。它被分配了一个常量表达式，并在特定模块内具有作用域。它定义为：

1.3 使用函数

以下是执行XOR操作的Verilog函数的简单示例：

module function_example( input a,b, output func_out);
function func_xor;
input a, b;
begin
func_xor = a ^ b;
end
endfunction
assign func_out = func_xor(a,b);
endmodule // function_example

建议使用Verilog函数来实现组合逻辑和其他不需要非阻塞分配的操作，例如同步逻辑。使用函数可以编写更紧凑和模块化的代码。所有综合工具均支持Verilog函数。

1.4 使用 generate 块

在Verilog-2001中引入了generate块，以使对同一模块，函数，变量，网络和连续分配的多个实例的实例化变得容易。以下是使用generate的两个示例：

// a conditional instantiation of modules
parameter COND1 = 1;
generate
if (COND1) begin : my_module1_inst
my_module1 inst (.clk(clk), .di(di), .do(do));
end
else begin : my_module2_inst
my_module2 inst (.clk(clk), .di(di), .do(do));
end
endgenerate

// using for loop in generate block
genvar ii;
generate
for (ii = 0; ii < 32; ii = ii+1) begin: for_loop
my_module1 inst (.clk(clk), .di(di[ii]), .do(do[ii]));
end
end
endgenerate

1.5 开发简单的代码

始终努力开发简单的代码。与每种编程语言一样，Verilog允许编写详细的语句，从功能的角度来看，这些语句很优美，但可读性不高。下面的简单示例说明了这一点:

reg [5:0] sel;
reg [3:0] result1,result2,a,b;
always @(*) begin
result1 = sel[0] ? a + b : sel[1] ? a - b :
sel[2] ? a & b : sel[3] ? a ^ b :
sel[4] ? ~a : ~ b;
if(~|sel)
result1 = 4'b0;
end // always

reg [5:0] sel;
reg [3:0] result1,result2,a,b;
always @(*) begin
casex(sel)
6'bxxxxx1: result2 = a + b;
6'bxxxx10: result2 = a - b;
6'bxxx100: result2 = a & b;
6'bxx1000: result2 = a ^+ b;
6'bx10000: result2 = ~a;
6'b100000: result2 = ~b;
default: result2 = 4'b0;
endcase
end // always

实现result1和result2的逻辑在功能上是等效的。但是，在result1中使用嵌套三元运算符和两个赋值语句不太透明，并且与result2逻辑的更清晰的case语句相比，需要花更多的精力来理解。

通常，代码清晰度高容易实现高效率。同一段代码能在其生命周期内被多个开发人员读取。编写更清晰的代码更容易调试，并且一般不容易包含错误。

二、为FPGA编写可综合的代码

2.1 考虑资源

Verilog语言参考手册（LRM）提供了丰富的功能来描述硬件。但是，只有一部分语言可以为FPGA综和。即使有些特定的语言结构是可综合的，也不能保证该代码能在特定FPGA上实现物理电路。考虑以下示例：

reg [7:0] memory[1:2**22];
initial begin
memory[1] = 8’h1;
memory[2] = 8’h2;
end

该示例能正确模拟出来，但会导致FPGA物理实现失败。该代码需要4 MB的内存，这是一些FPGA所没有的。此外，综合工具将忽略初始块，该块将初始化内存的最低两个字节。

该技巧提供了一些指导方针和建议，以帮助编写用于FPGA的可综合代码。

2.2 遵循同步设计原则

建议开发人员遵守FPGA同步设计的原则，其中包括以下内容：

1、使用同步复位。后续会详细讨论，同步，异步复位的问题

2、避免使用锁存

3、避免使用门控，派生或分频时钟

4、使用时钟使能而不是多个时钟

5、对所有异步信号实行正确同步

MrL1 · 发表于 2021-6-28 09:58

1、使用同步复位。后续会详细讨论，同步，异步复位的问题3 ^# u, S1 x5 m o9 \$ y) u

2、避免使用锁存
) l3 J5 K& n- }+ M
3、避免使用门控，派生或分频时钟2 |" m3 X5 x9 t: B: Q

4、使用时钟使能而不是多个时钟2 F, a. `. b+ z& g/ `* F
W! O0 d5 [ k
5、对所有异步信号实行正确同步

Memory00 · 发表于 2021-6-28 11:02

路过，围观学习

理论的 · 发表于 2021-6-28 11:12

不错的指导方针和建议

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