硬件原則主要針對(duì)HDL代碼編寫而言。應(yīng)該明確FPGA/CPLD的邏輯設(shè)計(jì)所采用的硬件描述語(yǔ)言同軟件語(yǔ)言是有本質(zhì)區(qū)別的!以Verilog語(yǔ)言為例,雖然Verilog許多語(yǔ)法規(guī)則和C語(yǔ)言相似,但是Verilog作為硬件描述語(yǔ)言,他的本質(zhì)作用在于描述硬件!應(yīng)該認(rèn)識(shí)到Verilog是采用了C語(yǔ)言形式的硬件的抽象,他的最終實(shí)現(xiàn)結(jié)果是芯片內(nèi)部的實(shí)際電路。所以評(píng)判一段HDL代碼的優(yōu)劣的最終標(biāo)準(zhǔn)是其描述并實(shí)現(xiàn)的硬件電路的性能(包括面積和速度兩個(gè)方面)。評(píng)價(jià)一個(gè)設(shè)計(jì)的代碼水平較高,僅僅是說(shuō)這個(gè)設(shè)計(jì)由硬件向HDL代碼這種表現(xiàn)形式轉(zhuǎn)換的更流暢、合理。而一個(gè)設(shè)計(jì)的最終性能,在更大程度上取決于設(shè)計(jì)工程時(shí)所構(gòu)想的硬件實(shí)現(xiàn)方案的效率以及合理性。
片面追求代碼的整潔、簡(jiǎn)短,這是錯(cuò)誤的,是與評(píng)價(jià)HDL的標(biāo)準(zhǔn)背道而馳的!
硬件原則的另外一個(gè)重要理解是“并行”和“串行”的概念。硬件系統(tǒng)比軟件系統(tǒng)速度快、實(shí)時(shí)性高,其重要原因就是硬件系統(tǒng)中各個(gè)單元的運(yùn)算是獨(dú)立的,信號(hào)流失并行的。而C語(yǔ)言編譯后,其機(jī)器指令在CPU的高速緩沖隊(duì)列中基本是順序執(zhí)行的,即使有一些并行處理的技術(shù),也是在一定程度上是十分有限的。所以在寫HDL代碼的時(shí)候,應(yīng)該充分理解硬件系統(tǒng)的并行處理特點(diǎn),合理安排數(shù)據(jù)流的時(shí)序,提高整個(gè)設(shè)計(jì)的效率。
RTL級(jí)Verilog描述語(yǔ)法和C語(yǔ)言描述語(yǔ)法的區(qū)別舉例:
1、循環(huán)
在C語(yǔ)言的描述中,為了使代碼執(zhí)行效率高,表述簡(jiǎn)潔,經(jīng)常用到下面的for語(yǔ)句
for(i=0;i<16;i++)
...
Verilog代碼設(shè)計(jì)中,在RTL級(jí)編碼中極少使用FOR循環(huán),因?yàn)閒or循環(huán)會(huì)被綜合器展開為所有變量情況的執(zhí)行語(yǔ)句,每個(gè)變量獨(dú)立占用寄存器資源,每條執(zhí)行語(yǔ)句并不能有效的復(fù)用硬件邏輯資源,造成巨大的資源浪費(fèi)。RTL硬件描述中,遇到類似算法,推薦的方式是先搞清楚設(shè)計(jì)的時(shí)序要求,做一個(gè)reg型計(jì)數(shù)器,在每個(gè)時(shí)鐘沿累加,并在每個(gè)時(shí)鐘沿判斷計(jì)數(shù)器情況,做相應(yīng)的處理,能復(fù)用的處理模塊盡量復(fù)用,即使所有操作都不能復(fù)用,也采用case語(yǔ)句展開處理。如:
reg [3:0] counter;
always @(posedge clk)
if(syn_rst)
counter <= 4'b0;
else
counter <= counter+1;
always @(posedge clk)
begin
case(counter)
4'b0000:
...
default:
endcase
end
2、條件判斷
C語(yǔ)言中主要有if...else和switch語(yǔ)句,兩者之間的區(qū)別主要在于程序的長(zhǎng)短。
Verilog中也有相應(yīng)的if...else和case語(yǔ)句,但其描述結(jié)構(gòu)就有很大的區(qū)別。if...else語(yǔ)句是有優(yōu)先級(jí)的。一般來(lái)說(shuō)第一個(gè)if的優(yōu)先級(jí)最高,最后一個(gè)else優(yōu)先級(jí)最低。而case語(yǔ)句是“平行”的結(jié)構(gòu),沒有優(yōu)先級(jí)。
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