提高電路設(shè)計(jì)效率的常用方法

1、7 7 提高電路設(shè)計(jì)效率的常用方法提高電路設(shè)計(jì)效率的常用方法一、硬件速度的優(yōu)化一、硬件速度的優(yōu)化 電路系統(tǒng)的運(yùn)行速度與電路節(jié)點(diǎn)之間的延電路系統(tǒng)的運(yùn)行速度與電路節(jié)點(diǎn)之間的延時(shí)直接相關(guān)。時(shí)直接相關(guān)。 如果某些節(jié)點(diǎn)之間的延時(shí)過大，就會(huì)影響如果某些節(jié)點(diǎn)之間的延時(shí)過大，就會(huì)影響系統(tǒng)的工作速度。系統(tǒng)的工作速度。 所以，修改電路的冗余部分、縮短節(jié)點(diǎn)之所以，修改電路的冗余部分、縮短節(jié)點(diǎn)之間的延時(shí)是提高系統(tǒng)速度的關(guān)鍵。間的延時(shí)是提高系統(tǒng)速度的關(guān)鍵。 優(yōu)化硬件速度的方法：優(yōu)化硬件速度的方法：修改低層布局修改低層布局 電路設(shè)計(jì)的最終目的是經(jīng)過綜合優(yōu)化之后電路設(shè)計(jì)的最終目的是經(jīng)過綜合優(yōu)化之后將電路映射到將電路映射到L

2、AB上，并通過上，并通過LAB上的行上的行和列來實(shí)現(xiàn)邏輯功能。和列來實(shí)現(xiàn)邏輯功能。 所以，提高電路設(shè)計(jì)效率的一種方法就是所以，提高電路設(shè)計(jì)效率的一種方法就是直接修改低層布局。直接修改低層布局。 在同一在同一LAB單元之內(nèi)實(shí)現(xiàn)某個(gè)電路功能塊單元之內(nèi)實(shí)現(xiàn)某個(gè)電路功能塊會(huì)大大減小其布局延遲。會(huì)大大減小其布局延遲。優(yōu)化硬件速度的方法：優(yōu)化硬件速度的方法：A、修改低層布局、修改低層布局 當(dāng)電路規(guī)模很大時(shí)，設(shè)計(jì)者要真正做到自當(dāng)電路規(guī)模很大時(shí)，設(shè)計(jì)者要真正做到自己能布局得很好幾乎不可能，修改結(jié)果大己能布局得很好幾乎不可能，修改結(jié)果大多會(huì)不如以前。多會(huì)不如以前。 所以修改低層布局這種方法并不值得推薦。所以修改

3、低層布局這種方法并不值得推薦。優(yōu)化硬件速度的方法：優(yōu)化硬件速度的方法：B、合理使用、合理使用PLD資源資源 EAB單元是可編程邏輯器件中相當(dāng)優(yōu)秀單元是可編程邏輯器件中相當(dāng)優(yōu)秀的資源，利用的資源，利用EAB單元可以做出像乘法單元可以做出像乘法器這樣的高速局部器件。器這樣的高速局部器件。1.EAB單元的使用單元的使用EAB單元：單元：Embedded Array Block 嵌入式陣列塊（嵌入式隨機(jī)存儲(chǔ)單元塊）嵌入式陣列塊（嵌入式隨機(jī)存儲(chǔ)單元塊） EAB單元可以在一定程度上根據(jù)電路設(shè)單元可以在一定程度上根據(jù)電路設(shè)計(jì)者的不同要求，計(jì)者的不同要求，比較靈活地改變電路結(jié)構(gòu)比較靈活地改變電路結(jié)構(gòu)和接口信息

4、和接口信息，諸如乘法器、，諸如乘法器、FIFO、RAM、ROM等許多電路。等許多電路。FLEX10K EABFLEX10K EAB單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 每個(gè)每個(gè)EAB單元包括以下幾個(gè)部分：單元包括以下幾個(gè)部分：（1）數(shù)據(jù)區(qū)）數(shù)據(jù)區(qū)EAB的核心部分的核心部分每個(gè)每個(gè)EAB中有中有2048b的的RAM/ROM?？梢愿鶕?jù)數(shù)據(jù)線可以根據(jù)數(shù)據(jù)線/地址線的不同設(shè)置將其寬度調(diào)地址線的不同設(shè)置將其寬度調(diào)整為整為10242b，5124b或或 2568b?？梢詾樵O(shè)計(jì)不同字寬的電路帶來極大的好可以為設(shè)計(jì)不同字寬的電路帶來極大的好處。處。（2）總線）總線 EAB包括三條總線，即輸入數(shù)據(jù)總線、地包括三條總線

5、，即輸入數(shù)據(jù)總線、地址總線和輸出數(shù)據(jù)總線。址總線和輸出數(shù)據(jù)總線。 輸入總線可配置成輸入總線可配置成8b、4b、2b或或1b 位寬位寬; 地址總線同數(shù)據(jù)總線相適應(yīng)，具有地址總線同數(shù)據(jù)總線相適應(yīng)，具有8b、9b、10b或或11b位寬；位寬； 輸出數(shù)據(jù)總線與輸入數(shù)據(jù)總線相對(duì)應(yīng)。輸出數(shù)據(jù)總線與輸入數(shù)據(jù)總線相對(duì)應(yīng)。 這三條總線都有同步這三條總線都有同步/異步兩種工作方式。異步兩種工作方式。（3）讀）讀/寫控制寫控制EAB用于異步用于異步RAM的電路時(shí)必須外加的電路時(shí)必須外加EAB的寫使能信號(hào)的寫使能信號(hào)WE，以保證數(shù)據(jù)和地址信號(hào)，以保證數(shù)據(jù)和地址信號(hào)滿足其時(shí)序要求；滿足其時(shí)序要求；當(dāng)當(dāng)EAB用作同步用作

6、同步RAM時(shí)，它可以產(chǎn)生相對(duì)時(shí)，它可以產(chǎn)生相對(duì)于其全局時(shí)鐘信號(hào)的于其全局時(shí)鐘信號(hào)的WE信號(hào)。信號(hào)。2. EAB單元結(jié)構(gòu)分析單元結(jié)構(gòu)分析（1）位數(shù)配置的靈活性）位數(shù)配置的靈活性 EAB在用作在用作RAM時(shí)可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求配時(shí)可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求配置成多種位寬，數(shù)據(jù)線和地址線的寬度也置成多種位寬，數(shù)據(jù)線和地址線的寬度也可以靈活變化?？梢造`活變化。（2）級(jí)聯(lián)使用）級(jí)聯(lián)使用如果需要使用如果需要使用更寬（如更寬（如2倍）的數(shù)據(jù)寬度倍）的數(shù)據(jù)寬度時(shí)，那時(shí)，那么么Quartus 軟件會(huì)自動(dòng)地級(jí)聯(lián)更多的軟件會(huì)自動(dòng)地級(jí)聯(lián)更多的EAB來來完成一個(gè)完成一個(gè)EAB無法完成的功能。無法完成的功能。級(jí)聯(lián)的級(jí)聯(lián)的EAB并不需要

7、增加額外的邏輯單元，并不需要增加額外的邏輯單元，它的存取時(shí)間與未級(jí)聯(lián)的它的存取時(shí)間與未級(jí)聯(lián)的EAB存取時(shí)間是存取時(shí)間是一樣的。一樣的。（3）深度擴(kuò)展）深度擴(kuò)展 每個(gè)每個(gè)EAB最多具有最多具有11根地址線，也就是根地址線，也就是說，其說，其RAM區(qū)深度為區(qū)深度為2048字（字寬為字（字寬為1b，其他類推），但當(dāng)需要其他類推），但當(dāng)需要4096個(gè)字或更多個(gè)字或更多個(gè)字時(shí)，個(gè)字時(shí)，Quartus 會(huì)自動(dòng)選用會(huì)自動(dòng)選用EAB的的數(shù)量，并產(chǎn)生相應(yīng)的片選信號(hào)。數(shù)量，并產(chǎn)生相應(yīng)的片選信號(hào)。 如：兩個(gè)如：兩個(gè)20481b的的EAB經(jīng)適當(dāng)?shù)倪壿嫿?jīng)適當(dāng)?shù)倪壿嬇浜现蠼M成了配合之后組成了40961b的的RAM區(qū)。區(qū)

8、。（4）同步）同步RAM 當(dāng)使用當(dāng)使用FLEX 10K系列中的系列中的EAB單元來產(chǎn)生同單元來產(chǎn)生同步步RAM時(shí)，時(shí)，DATA信號(hào)和信號(hào)和ADDRESS信號(hào)在信號(hào)在EAB單元中是被鎖存的。包括單元中是被鎖存的。包括WE在內(nèi)，所有在內(nèi)，所有信號(hào)均在信號(hào)均在EAB內(nèi)完成，這樣可以排除一些可能內(nèi)完成，這樣可以排除一些可能破壞數(shù)據(jù)時(shí)序的潛在故障。破壞數(shù)據(jù)時(shí)序的潛在故障。 當(dāng)當(dāng)WE信號(hào)被鎖定為高時(shí)，信號(hào)被鎖定為高時(shí)，EAB內(nèi)部電路內(nèi)部電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與DATA信號(hào)和信號(hào)和ADDRESS信信號(hào)建立和保持時(shí)間相匹配的寫脈沖。號(hào)建立和保持時(shí)間相匹配的寫脈沖。（5）異步）異步RAM FLEX 10K中

9、的中的EAB單元同時(shí)設(shè)定成異步單元同時(shí)設(shè)定成異步RAM方式，但一定要遵從以下幾個(gè)原則：方式，但一定要遵從以下幾個(gè)原則： WE信號(hào)一定要避免那些可能會(huì)在無意識(shí)信號(hào)一定要避免那些可能會(huì)在無意識(shí)中覆蓋中覆蓋RAM區(qū)數(shù)據(jù)的時(shí)序。區(qū)數(shù)據(jù)的時(shí)序。 WE信號(hào)的建立與保持時(shí)間一定要與信號(hào)的建立與保持時(shí)間一定要與DATA和和ADDRESS信號(hào)相適應(yīng)。信號(hào)相適應(yīng)。 當(dāng)當(dāng)WE=1時(shí)，時(shí)，ADDRESS信號(hào)不能發(fā)生變化。信號(hào)不能發(fā)生變化。（6）仿真）仿真ROM EAB單元的另一個(gè)重要應(yīng)用是可以作為單元的另一個(gè)重要應(yīng)用是可以作為ROM區(qū)來使用，儲(chǔ)存內(nèi)容的文件格式是：區(qū)來使用，儲(chǔ)存內(nèi)容的文件格式是： Hexademial

10、(Intel-Formal)File(.hex)或或 Altera Memory Initialize File(.mif)。 由于由于EAB單元沒有寫保護(hù)，所以單元沒有寫保護(hù)，所以ROM中的數(shù)中的數(shù)據(jù)在設(shè)備工作時(shí)是可以重新配置的，這比實(shí)際據(jù)在設(shè)備工作時(shí)是可以重新配置的，這比實(shí)際中應(yīng)用的中應(yīng)用的ROM具有更大的靈活性具有更大的靈活性 。3.EAB設(shè)計(jì)應(yīng)用設(shè)計(jì)應(yīng)用 以七段數(shù)碼管顯示為例說明以七段數(shù)碼管顯示為例說明EAB ROM的應(yīng)用：的應(yīng)用： （1）確定譯碼關(guān)系表。設(shè)輸入寬度為）確定譯碼關(guān)系表。設(shè)輸入寬度為4b，輸出寬度為輸出寬度為7b，可得對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：，可得對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：七段數(shù)碼管顯示譯碼關(guān)

11、系表七段數(shù)碼管顯示譯碼關(guān)系表字符字符 二進(jìn)制表示二進(jìn)制表示七段碼顯示七段碼顯示 a3 a2 a1 a0 a b c d e f g a3 a2 a1 a0 a b c d e f g 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 2 2 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 3 3 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 . . . . . . . .

12、. . . . . . . . .（2）以）以.bdf方式（圖形化設(shè)計(jì)方式）打開方式（圖形化設(shè)計(jì)方式）打開一個(gè)新的設(shè)計(jì)，并將該設(shè)計(jì)文件命名為一個(gè)新的設(shè)計(jì)，并將該設(shè)計(jì)文件命名為seg7.bdf，然后把新文件設(shè)定在當(dāng)前，然后把新文件設(shè)定在當(dāng)前project下。下。（3）從）從megafunctions中選擇器件中選擇器件lpm_rom宏單元，并放在設(shè)計(jì)文件中，同宏單元，并放在設(shè)計(jì)文件中，同時(shí)設(shè)置其各項(xiàng)接口信息與參數(shù)。時(shí)設(shè)置其各項(xiàng)接口信息與參數(shù)。（4）給電路加上相應(yīng)的輸入模塊）給電路加上相應(yīng)的輸入模塊input和輸和輸出模塊出模塊output，并給出相應(yīng)的名字，構(gòu)建，并給出相應(yīng)的名字，構(gòu)建完整的電路

13、。完整的電路。（5）如果）如果未對(duì)未對(duì)ROM進(jìn)行初始化進(jìn)行初始化，則電路編，則電路編譯之后，在譯之后，在message窗口有如下信息：窗口有如下信息： Critical Warning: Cant find Memory Initialization File or Hexadecimal (Intel-Format) File /seg7/rom.mif - setting all initial values to 0二、通過軟件配置提高系統(tǒng)速度二、通過軟件配置提高系統(tǒng)速度 通過修改部分軟件配置也可以提高電路通過修改部分軟件配置也可以提高電路速度。速度。 在在Quartus 軟件的軟件的A

14、ssignment菜單菜單中，可以看到有多個(gè)選項(xiàng)可供選擇用于提中，可以看到有多個(gè)選項(xiàng)可供選擇用于提速。速。 器件選擇（器件選擇（Device） 在能夠滿足電路容量的前提下，選擇不同在能夠滿足電路容量的前提下，選擇不同的器件可以在一定程度上提高電路的運(yùn)行的器件可以在一定程度上提高電路的運(yùn)行速度（暫不考慮性能價(jià)格比）。速度（暫不考慮性能價(jià)格比）。 Altera公司提供有不同速度等級(jí)的公司提供有不同速度等級(jí)的CPLD芯片，比如芯片，比如EPF10K10TC144有有-4和和-3兩兩種等級(jí)同樣封裝和引腳的芯片，種等級(jí)同樣封裝和引腳的芯片，-3系列的系列的速度要比速度要比-4系列速度更快一些。系列速度更快一些。三、使用三、使用LPM宏單元庫宏單元庫 LPM是參數(shù)化的單元庫是參數(shù)化的單元庫 Library of Parameterized Modules 一些單元的各種參數(shù)是由電路設(shè)計(jì)者為了一些單元的各種參數(shù)是由電路設(shè)計(jì)者為了適應(yīng)設(shè)計(jì)電路的要求而定制的，通過修改適應(yīng)設(shè)計(jì)電路的要求而定制的，通過修改LPM器件的某些參數(shù)，可達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。器件的某些參數(shù)，可達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。 使用使用LPM宏單元庫有以下的優(yōu)點(diǎn)：宏單元庫有以下的