FPGA研發(fā)之道（4）靈活性的陷阱

1、fpga研發(fā)之道（4）靈活性的陷阱 假如說用一個詞來描述的特性，靈便性絕對名列前茅。 fpga的靈便性在于：（一）i/o的靈便性，其可以通過其i/o組成各種接口與各種器件銜接，并且支持不同的電氣特性。（二）內(nèi)部存儲器靈便性，可以通過ip生成工具生成各種深度和寬度的ram或者fifo等。（三）規(guī)律的靈便性，內(nèi)部規(guī)律通可生成的各種類型ip。對于i/o接口來說，fpga的i/o可以支持不同類型的電平和驅(qū)動能力，各i/o未定義之前其地位平等，例如一個數(shù)據(jù)信號可將其約束在隨意引腳，只要其電平符合銜接的規(guī)范。因此基于這種熟悉，在布線時，基于布線需要，便調(diào)節(jié)其布線的挨次，例如互換兩個信號的位置。通常狀況上，

2、這種調(diào)節(jié)是沒有任何問題的。但是隨著fpga的接口ip核硬核化的趨勢，逐漸由無數(shù)的接口ip不能支持這種調(diào)節(jié)。例如對于較早的sdram或者ddrsdram來說，在xilinx和ara的fpga上，其數(shù)據(jù)、地址信號等都是可調(diào)的。但是隨著ddr2，ddr3接口的浮現(xiàn)，其ip接口，只能支持在某個bank并且例化結(jié)束后挺直生成相應(yīng)的約束文件，而這些的改動將會導(dǎo)致布局布線的錯誤。另一些例子則是一些高速serdes的組合。例如對于xaui接口來說，其硬核ip（altera）上就不支持4組serdes的挨次互換，這將會影響其硬核fcs的編碼。假如板級銜接上與phy的挨次與fpga例化ip的約束不全都，則其硬核p

3、cs就不能布局布線通過（軟核fcs可以支持調(diào)節(jié)）。這種靈便性熟悉導(dǎo)致硬件板級互聯(lián)的問題可謂屢見不鮮，特殊是系統(tǒng)復(fù)雜度的升高，板級連線的增強(qiáng)，將會導(dǎo)致設(shè)計人員疏忽從而掉入“靈便性的陷阱”。解決此類問題的辦法。包括（1）預(yù)評估，在設(shè)計之前就在fpga上評估所需的接口的規(guī)律占用、約束位置、時鐘需求等等，預(yù)先評估給系統(tǒng)設(shè)計提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支撐和設(shè)計參考。（2）交流，對于設(shè)計的變更，要舉行有效交流，不能使鐵路警察，各管一段。（3）設(shè)計評審，雖然老套，但每個環(huán)節(jié)上的評審能有效削減掉入類似陷阱的幾率。對于內(nèi)部存儲資源，大多數(shù)fpga工程師就是拿來就用的狀態(tài)。而缺少整體內(nèi)部memory規(guī)劃，普通來說，對于單端口

4、、雙端口、假雙端口，各型芯片手冊中都有明確的定義，例如xilinx的spatan3系列中最小ram單元為18k。一個ram例化最小單位就是18k。而新的器件中最小單位普通為9k。也就是說雖然工程師例化的較小的ram，例如256*16.惟獨4k，但是其也占用一個最小單元，按照器件的不同而不同。而亂用雙端口導(dǎo)致ram資源的過分占用則是更頻繁的設(shè)計問題。fpga內(nèi)部對于單個ram能夠支持的真雙端口是有限制的。舉例解釋，對于altera的9k的存儲單元普通支持512*18的雙端口ram。但假如是一個256*32的雙端口則需要占用2個9k的存儲ram。也就是說，ram器件的能力是有限的，這取決于ram的

5、外部互聯(lián)線是有限的，以剛才說的256*32的雙端口ram來說，其需要數(shù)據(jù)線就是64根（雙端口），對于單個ram的連線資源來說，這是fpga內(nèi)部規(guī)律資源難以承受的。所以按照器件特定，合理規(guī)劃內(nèi)部memory資源，才干在最大限度的達(dá)到高效的利用。fpga內(nèi)部可以例化各型ip，基于ip的復(fù)用的可以大大增強(qiáng)研發(fā)的進(jìn)度。但是各種ip的互聯(lián)之間則需對ip的特性了解清晰，明確ip是否為業(yè)務(wù)所需的ip。有的ip和工程所需可能只是名稱全都，但其功能卻不是你想要的。例如網(wǎng)口ip在mii銜接方式下，是用于fpga銜接phy的操作。假如fpga與cpu通過mii銜接，現(xiàn)有的ip則難以滿足需求。這是由于mii銜接phy其全部的時鐘都是phy提供的。cpu的設(shè)計也是與phy銜接，其時鐘也有phy提供。而假如二者銜接，就變成都等著對方提供時鐘，則就變成沒有時鐘。這種調(diào)試問題相對來說簡單解決，不過在系統(tǒng)規(guī)劃是，就需要對囫圇ip是否能夠滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求，有著明確的推斷。靈便性是fpga最大的特性，在設(shè)計中避免那些靈便性的陷阱，才干從fpga整體上提升