FPGA的用處比我們平時(shí)想象的用處更廣泛,，原因在于其中集成的模塊種類更多,，而不僅僅是原來的簡單邏輯單元（LE）。
早期的FPGA相對(duì)比較簡單,，所有的功能單元僅僅由管腳,、內(nèi)部buffer、LE,、RAM構(gòu)建而成,，LE由LUT（查找表）和D觸發(fā)器構(gòu)成，RAM也往往容量非常小,。
現(xiàn)在的FPGA不僅包含以前的LE,RAM也更大更快更靈活,，管教IOB也更加的復(fù)雜，支持的IO類型也更多,，而且內(nèi)部還集成了一些特殊功能單元,，包括：
DSP:實(shí)際上就是乘加器，F(xiàn)PGA內(nèi)部可以集成多個(gè)乘加器,，而一般的DSP芯片往往每個(gè)core只有一個(gè)。換言之,，F(xiàn)PGA可以更容易實(shí)現(xiàn)多個(gè)DSP core功能,。在某些需要大量乘加計(jì)算的場(chǎng)合，往往多個(gè)乘加器并行工作的速度可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一個(gè)高速乘加器,。
SERDES:高速串行接口,。將來PCI-E、XAUI,、HT,、S-ATA等高速串行接口會(huì)越來越多,。有了SERDES模塊，F(xiàn)PGA可以很容易將這些高速串行接口集成進(jìn)來,，無需再購買專門的接口芯片,。
CPU core:分為2種，軟core和硬core.軟core是用邏輯代碼寫的CPU模塊,，可以在任何資源足夠的FPGA中實(shí)現(xiàn),，使用非常靈活。而且在大容量的FPGA中還可以集成多個(gè)軟core,實(shí)現(xiàn)多核并行處理,。硬core是在特定的FPGA內(nèi)部做好的CPU core,優(yōu)點(diǎn)是速度快,、性能好，缺點(diǎn)是不夠靈活,。
不過,，F(xiàn)PGA還是有缺點(diǎn)。對(duì)于某些高主頻的應(yīng)用,，F(xiàn)PGA就無能為力了?，F(xiàn)在雖然理論上FPGA可以支持的500MHz,但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，往往200MHz以上工作頻率就很難實(shí)現(xiàn)了,。
FPGA設(shè)計(jì)要點(diǎn)之一：時(shí)鐘樹
對(duì)于FPGA來說,，要盡可能避免異步設(shè)計(jì)，盡可能采用同步設(shè)計(jì),。
同步設(shè)計(jì)的第一個(gè)關(guān)鍵,，也是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，就是時(shí)鐘樹,。
一個(gè)糟糕的時(shí)鐘樹,，對(duì)FPGA設(shè)計(jì)來說，是一場(chǎng)無法彌補(bǔ)的災(zāi)難,，是一個(gè)沒有打好地基的大樓,，崩潰是必然的。
具體一些的設(shè)計(jì)細(xì)則：
1）盡可能采用單一時(shí)鐘,；
2）如果有多個(gè)時(shí)鐘域,，一定要仔細(xì)劃分，千萬小心,；
3）跨時(shí)鐘域的信號(hào)一定要做同步處理,。對(duì)于控制信號(hào)，可以采用雙采樣,；對(duì)于數(shù)據(jù)信號(hào),，可以采用異步fifo.需要注意的是，異步fifo不是萬能的，一個(gè)異步fifo也只能解決一定范圍內(nèi)的頻差問題,。
4）盡可能將FPGA內(nèi)部的PLL,、DLL利用起來，這會(huì)給你的設(shè)計(jì)帶來大量的好處,。
5）對(duì)于特殊的IO接口,，需要仔細(xì)計(jì)算Tsu、Tco,、Th,并利用PLL,、DLL、DDIO,、管腳可設(shè)置的delay等多種工具來實(shí)現(xiàn),。簡單對(duì)管腳進(jìn)行Tsu、Tco,、Th的約束往往是不行的,。
可能說的不是很確切。這里的時(shí)鐘樹實(shí)際上泛指時(shí)鐘方案,，主要是時(shí)鐘域和PLL等的規(guī)劃,，一般情況下不牽扯到走線時(shí)延的詳細(xì)計(jì)算（一般都走全局時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)和局部時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)，時(shí)延固定）,，和ASIC中的時(shí)鐘樹不一樣,。對(duì)于ASIC,就必須對(duì)時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、布線,、時(shí)延計(jì)算進(jìn)行仔細(xì)的分析計(jì)算才行,。
FPGA設(shè)計(jì)要點(diǎn)之二：FSM
FSM:有限狀態(tài)機(jī)。這個(gè)可以說是邏輯設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),。幾乎稍微大一點(diǎn)的邏輯設(shè)計(jì),，幾乎都能看得到FSM.
FSM分為moore型和merly型，moore型的狀態(tài)遷移和變量無關(guān),，merly型則有關(guān),。實(shí)際使用中大部分都采用merly型。
FSM通常有2種寫法：單進(jìn)程,、雙進(jìn)程,。
初學(xué)者往往喜歡單進(jìn)程寫法，格式如下：
簡單的說,，單進(jìn)程FSM就是把所有的同步,、異步處理都放入一個(gè)always中。
優(yōu)點(diǎn)：
1）看起來比較簡單明了,，寫起來也不用在每個(gè)case分支或者if分支中寫全對(duì)各個(gè)信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的處理。也可以簡單在其中加入一些計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)處理。
2）所有的輸出信號(hào)都已經(jīng)是經(jīng)過D觸發(fā)器鎖存了,。
缺點(diǎn)：
1）優(yōu)化效果不佳,。由于同步、異步放在一起,，編譯器一般對(duì)異步邏輯的優(yōu)化效果最好,。單進(jìn)程FSM把同步、異步混雜在一起的結(jié)果就是導(dǎo)致編譯器優(yōu)化效果差,，往往導(dǎo)致邏輯速度慢,、資源消耗多。
2）某些時(shí)候需要更快的信號(hào)輸出,，不必經(jīng)過D觸發(fā)器鎖存,，這時(shí)單進(jìn)程FSM的處理就比較麻煩了。
雙進(jìn)程FSM,格式如下：
從上面可以看到,，同步處理和異步處理分別放到2個(gè)always中,。其中FSM狀態(tài)變量也采用2個(gè)來進(jìn)行控制。雙進(jìn)程FSM的原理我這里就不多說了,，在很多邏輯設(shè)計(jì)書中都有介紹,。這里描述起來太費(fèi)勁。
優(yōu)點(diǎn)：
1）編譯器優(yōu)化效果明顯,，可以得到很理想的速度和資源占用率,。
2）所有的輸出信號(hào)（除了FSM_status_current）都是組合輸出的，比單進(jìn)程FSM快,。
缺點(diǎn)：
1）所有的輸出信號(hào)（除了FSM_status_current）都是組合輸出的,，在某些場(chǎng)合需要額外寫代碼來進(jìn)行鎖存。
2）在異步處理的always中,，所有的if,、case分支必須把所有的輸出信號(hào)都賦值，而且不能出現(xiàn)在FSM中的輸出信號(hào)回送賦值給本FSM中的其他信號(hào)的情況,，否則會(huì)出現(xiàn) latch.
latch會(huì)導(dǎo)致如下問題：
1）功能仿真結(jié)果和后仿不符,；
2）出現(xiàn)無法測(cè)試的邏輯；
3）邏輯工作不穩(wěn)定,，特別是latch部分對(duì)毛刺異常敏感,；
4）某些及其特殊的情況下，如果出現(xiàn)正反饋,，可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果,。
這不是恐嚇也不是開玩笑，我就親眼見過一個(gè)小伙把他做的邏輯加載上去后,，整個(gè)FPGA給炸飛了,。后來懷疑可能是出現(xiàn)正反饋導(dǎo)致高頻振蕩,，最后導(dǎo)致芯片過熱炸掉（這個(gè)FPGA芯片沒有安裝散熱片）。
FPGA設(shè)計(jì)要點(diǎn)之三：latch
首先回答一下：
1）stateCAD沒有用過,，不過我感覺用這個(gè)東東在構(gòu)建大的系統(tǒng)的時(shí)候似乎不是很方便,。也許用systemC或者system Verilog更好一些。
2）同步,、異步的叫法是我所在公司的習(xí)慣叫法,，不太對(duì)，不過已經(jīng)習(xí)慣了,，呵呵,。
這次講一下latch.
latch的危害已經(jīng)說過了，這里不再多說,，關(guān)鍵講一下如何避免,。
1）在組合邏輯進(jìn)程中，if語句一定要有else!并且所有的信號(hào)都要在if的所有分支中被賦值,。
另外需要注意,，下面也會(huì)產(chǎn)生latch.也就是說在組合邏輯進(jìn)程中不能出現(xiàn)自己賦值給自己或者間接出現(xiàn)自己賦值給自己的情況。
但如果是時(shí)序邏輯進(jìn)程,，則不存在該問題,。
2）case語句的default一定不能少！
原因和if語句相同,，這里不再多說了,。
需要提醒的是，在時(shí)序邏輯進(jìn)程中,，default語句也一定要加上,，這是一個(gè)很好的習(xí)慣。
3）組合邏輯進(jìn)程敏感變量不能少也不能多,。
這個(gè)問題倒不是太大,，verilog2001語法中可以直接用 * 搞定了。
順便提一句,，latch有弊就一定有利,。在FPGA的LE中，總存在一個(gè)latch和一個(gè)D觸發(fā)器,，在支持DDR的IOE（IOB）中也存在著一個(gè)latch來實(shí)現(xiàn)DDIO.不過在我們平時(shí)的設(shè)計(jì)中,，對(duì)latch還是要盡可能的敬而遠(yuǎn)之。
FPGA設(shè)計(jì)要點(diǎn)之四：邏輯仿真
仿真是FPGA設(shè)計(jì)中必不可少的一步,。沒有仿真,，就沒有一切。
仿真是一個(gè)單調(diào)而繁瑣的工作,，很容易讓人產(chǎn)生放棄或者偷工減料的念頭,。這時(shí)一定要挺?。?/p>
仿真分為單元仿真,、集成仿真,、系統(tǒng)仿真。
單元仿真：針對(duì)每一個(gè)最小基本模塊的仿真,。單元仿真要求代碼行覆蓋率、條件分支覆蓋率,、表達(dá)式覆蓋率必須達(dá)到100%!這三種覆蓋率都可以通過MODELSIM來查看,，不過需要在編譯該模塊時(shí)要在Compile opTIon中設(shè)置好。
集成仿真：將多個(gè)大模塊合在一起進(jìn)行仿真,。覆蓋率要求盡量高,。
系統(tǒng)仿真：將整個(gè)硬件系統(tǒng)合在一起進(jìn)行仿真。此時(shí)整個(gè)仿真平臺(tái)包含了邏輯周邊芯片接口的仿真模型,，以及BFM,、Testbench等。系統(tǒng)仿真需要根據(jù)被仿真邏輯的功能,、性能需求仔細(xì)設(shè)計(jì)仿真測(cè)試?yán)头抡鏈y(cè)試平臺(tái),。系統(tǒng)仿真是邏輯設(shè)計(jì)的一個(gè)大分支，是一門需要專門學(xué)習(xí)的學(xué)科,。
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