FPGA時序收斂
您編寫的代碼是不是雖然在仿真器中表現(xiàn)正常,但是在現(xiàn)場卻斷斷續(xù)續(xù)出錯?要不然就是有可能在您使用更高版本的工具鏈進行編譯時,它開始出錯。您檢查自己的測試平臺,并確認測試已經(jīng)做到 100% 的完全覆蓋,而且所有測試均未出現(xiàn)任何差錯,但是問題仍然頑疾難除。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/151450.htm雖然設計人員極其重視編碼和仿真,但是他們對芯片在 FGPA 中的內(nèi)部操作卻知之甚少,這是情有可原的。因此,不正確的邏輯綜合和時序問題(而非邏輯錯誤)成為大多數(shù)邏輯故障的根源。
但是,只要設計人員措施得當,就能輕松編寫出能夠創(chuàng)建可預測、可靠邏輯的 FPGA 代碼。
在 FPGA 設計過程中,需要在編譯階段進行邏輯綜合與相關時序收斂。而包括 I/O 單元結(jié)構(gòu)、異步邏輯和時序約束等眾多方面,都會對編譯進程產(chǎn)生巨大影響,致使其每一輪都會在工具鏈中產(chǎn)生不同的結(jié)果。為了更好、更快地完成時序收斂,我們來進一步探討如何消除這些差異。
I/O 單元結(jié)構(gòu)
所有 FPGA 都具有可實現(xiàn)高度定制的 I/O 引腳。定制會影響到時序、驅(qū)動強度、終端以及許多其它方面。如果您未明確定義 I/O 單元結(jié)構(gòu),則您的工具鏈往往會采用您預期或者不希望采用的默認結(jié)構(gòu)。如下 VHDL 代碼的目的是采用“sda: inout std_logic;”聲明創(chuàng)建一個稱為 sda 的雙向 I/O 緩沖器。
圖1 – FPGA 編輯器視圖顯示了部分雙向I/O散布在I/O緩沖器之外。
當綜合工具發(fā)現(xiàn)這組代碼時,其中缺乏如何實施雙向緩沖器的明確指示。因此,工具會做出最合理的猜測。
實現(xiàn)上述任務的一種方法是,在 FPGA 的 I/O 環(huán)上采用雙向緩沖器(事實上,這是一種理想的實施方式)。另一種選擇是采用三態(tài)輸出緩沖器和輸入緩沖器,二者都在查詢表 (LUT) 邏輯中實施。最后一種可行方法是,在 I/O 環(huán)上采用三態(tài)輸出緩沖器,同時在 LUT 中采用輸入緩沖器,這是大多數(shù)綜合器選用的方法。這三種方法都可以生成有效邏輯,但是后兩種實施方式會在I/O 引腳與 LUT 之間傳輸信號時產(chǎn)生更長的路由延遲。此外,它們還需要附加的時序約束,以確保時序收斂。FPGA 編輯器清晰表明:在圖 1 中,我們的雙向 I/O 有一部分散布在 I/O 緩沖器之外。
教訓是切記不要讓綜合工具猜測如何實施代碼的關鍵部分。即使綜合后的邏輯碰巧達到您的預期,在綜合工具進入新版本時情況也有可能發(fā)生改變。應當明確定義您的 I/O 邏輯和所有關鍵邏輯。以下 VHDL 代碼顯示了如何采用 Xilinx® IOBUF 原語對 I/O 緩沖器進行隱含定義。另外需要注意的是,采用相似方式明確定義緩沖器的所有電氣特性。
在圖 2 中,F(xiàn)PGA 編輯器明確顯示,我們已完全在 I/O 緩沖器內(nèi)部實施了雙向 I/O。
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