提高電路設(shè)計效率的常用方法

1、7 7 提高電路設(shè)計效率的常用方法提高電路設(shè)計效率的常用方法一、硬件速度的優(yōu)化一、硬件速度的優(yōu)化 電路系統(tǒng)的運行速度與電路節(jié)點之間的延電路系統(tǒng)的運行速度與電路節(jié)點之間的延時直接相關(guān)。時直接相關(guān)。 如果某些節(jié)點之間的延時過大，就會影響如果某些節(jié)點之間的延時過大，就會影響系統(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)點之所以，修改電路的冗余部分、縮短節(jié)點之間的延時是提高系統(tǒng)速度的關(guān)鍵。間的延時是提高系統(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)計的最終目的是經(jīng)過綜合優(yōu)化之后電路設(shè)計的最終目的是經(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現(xiàn)邏輯功能。和列來實現(xiàn)邏輯功能。 所以，提高電路設(shè)計效率的一種方法就是所以，提高電路設(shè)計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)實現(xiàn)某個電路功能塊單元之內(nèi)實現(xiàn)某個電路功能塊會大大減小其布局延遲。會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 當電路規(guī)模很大時，設(shè)計者要真正做到自當電路規(guī)模很大時，設(shè)計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)果大多會不如以前。多會不如以前。 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優(yōu)秀單元是可編程邏輯器件中相當優(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（嵌入式隨機存儲單元塊）嵌入式陣列塊（嵌入式隨機存儲單元塊） 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)計者的不同要求，計者的不同要求，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 每個每個EAB單元包括以下幾個部分：單元包括以下幾個部分：（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每個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)計不同字寬的電路帶來極大的好可以為設(shè)計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，具有地址總線同數(shù)據(jù)總線相適應，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)總線相對應。輸出數(shù)據(jù)總線與輸入數(shù)據(jù)總線相對應。 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的電路時必須外加的電路時必須外加EAB的寫使能信號的寫使能信號WE，以保證數(shù)據(jù)和地址信號，以保證數(shù)據(jù)和地址信號滿足其時序要求；滿足其時序要求；當當EAB用作同步用作

6、同步RAM時，它可以產(chǎn)生相對時，它可以產(chǎn)生相對于其全局時鐘信號的于其全局時鐘信號的WE信號。信號。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時可以根據(jù)設(shè)計要求配時可以根據(jù)設(shè)計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）級聯(lián)使用）級聯(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，那時，那么么Quartus 軟件會自動地級聯(lián)更多的軟件會自動地級聯(lián)更多的EAB來來完成一個完成一個EAB無法完成的功能。無法完成的功能。級聯(lián)的級聯(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，它的存取時間與未級聯(lián)的它的存取時間與未級聯(lián)的EAB存取時間是存取時間是一樣的。一樣的。（3）深度擴展）深度擴展 每個每個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），但當需要其他類推），但當需要4096個字或更多個字或更多個字時，個字時，Quartus 會自動選用會自動選用EAB的的數(shù)量，并產(chǎn)生相應的片選信號。數(shù)量，并產(chǎn)生相應的片選信號。 如：兩個如：兩個20481b的的EAB經(jīng)適當?shù)倪壿嫿?jīng)適當?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 當使用當使用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，時，DATA信號和信號和ADDRESS信號在信號在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)，所有信號均在信號均在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)時序的潛在故障。破壞數(shù)據(jù)時序的潛在故障。 當當WE信號被鎖定為高時，信號被鎖定為高時，EAB內(nèi)部電路內(nèi)部電路會產(chǎn)生一個與會產(chǎn)生一個與DATA信號和信號和ADDRESS信信號建立和保持時間相匹配的寫脈沖。號建立和保持時間相匹配的寫脈沖。（5）異步）異步RAM FLEX 10K中

9、的中的EAB單元同時設(shè)定成異步單元同時設(shè)定成異步RAM方式，但一定要遵從以下幾個原則：方式，但一定要遵從以下幾個原則： WE信號一定要避免那些可能會在無意識信號一定要避免那些可能會在無意識中覆蓋中覆蓋RAM區(qū)數(shù)據(jù)的時序。區(qū)數(shù)據(jù)的時序。 WE信號的建立與保持時間一定要與信號的建立與保持時間一定要與DATA和和ADDRESS信號相適應。信號相適應。 當當WE=1時，時，ADDRESS信號不能發(fā)生變化。信號不能發(fā)生變化。（6）仿真）仿真ROM EAB單元的另一個重要應用是可以作為單元的另一個重要應用是可以作為ROM區(qū)來使用，儲存內(nèi)容的文件格式是：區(qū)來使用，儲存內(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，所以單元沒有寫保護，所以ROM中的數(shù)中的數(shù)據(jù)在設(shè)備工作時是可以重新配置的，這比實際據(jù)在設(shè)備工作時是可以重新配置的，這比實際中應用的中應用的ROM具有更大的靈活性具有更大的靈活性 。3.EAB設(shè)計應用設(shè)計應用 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的應用：的應用： （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，可得對應關(guān)系如下：，可得對應關(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 二進制表示二進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)計方式）打開方式（圖形化設(shè)計方式）打開一個新的設(shè)計，并將該設(shè)計文件命名為一個新的設(shè)計，并將該設(shè)計文件命名為seg7.bdf，然后把新文件設(shè)定在當前，然后把新文件設(shè)定在當前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)計文件中，同宏單元，并放在設(shè)計文件中，同時設(shè)置其各項接口信息與參數(shù)。時設(shè)置其各項接口信息與參數(shù)。（4）給電路加上相應的輸入模塊）給電路加上相應的輸入模塊input和輸和輸出模塊出模塊output，并給出相應的名字，構(gòu)建，并給出相應的名字，構(gòu)建完整的電路

13、。完整的電路。（5）如果）如果未對未對ROM進行初始化進行初始化，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，可以看到有多個選項可供選擇用于提中，可以看到有多個選項可供選擇用于提速。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行的器件可以在一定程度上提高電路的運行速度（暫不考慮性能價格比）。速度（暫不考慮性能價格比）。 Altera公司提供有不同速度等級的公司提供有不同速度等級的CPLD芯片，比如芯片，比如EPF10K10TC144有有-4和和-3兩兩種等級同樣封裝和引腳的芯片，種等級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)計者為了一些單元的各種參數(shù)是由電路設(shè)計者為了適應設(shè)計電路的要求而定制的，通過修改適應設(shè)計電路的要求而定制的，通過修改LPM器件的某些參數(shù)，可達到設(shè)計的要求。器件的某些參數(shù)，可達到設(shè)計的要求。 使用使用LPM宏單元庫有以下的優(yōu)點：宏單元庫有以下的