[互聯(lián)網(wǎng)]第8章 系統(tǒng)優(yōu)化和時(shí)序分析ppt課件

1、第第8 8章章 系統(tǒng)優(yōu)化和時(shí)序分析系統(tǒng)優(yōu)化和時(shí)序分析 FPGA/CPLD資源優(yōu)化的實(shí)意圖義：資源優(yōu)化的實(shí)意圖義： 經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可以運(yùn)用規(guī)模更小的可編程器件，從而降低經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可以運(yùn)用規(guī)模更小的可編程器件，從而降低系統(tǒng)本錢，提高性價(jià)比。系統(tǒng)本錢，提高性價(jià)比。 對(duì)許多可編程邏輯器件，由于規(guī)劃資源有限，耗用資源對(duì)許多可編程邏輯器件，由于規(guī)劃資源有限，耗用資源過(guò)多而嚴(yán)重影響電路性能。過(guò)多而嚴(yán)重影響電路性能。 為以后的技術(shù)晉級(jí)，留下更多的可編程資源，方便添加為以后的技術(shù)晉級(jí)，留下更多的可編程資源，方便添加產(chǎn)品的功能。、產(chǎn)品的功能。、 對(duì)于多數(shù)可編程器件，資源耗用過(guò)多會(huì)使器件功耗顯著對(duì)于多數(shù)可編程器件，資源

2、耗用過(guò)多會(huì)使器件功耗顯著上升。上升。8.1.1 資源共享資源共享 8.1.1 資源共享資源共享 8.1.1 資源共享資源共享 8.1.1 資源共享資源共享 8.1.1 資源共享資源共享 8.1.2 邏輯邏輯 優(yōu)化優(yōu)化 8.1.2 邏輯優(yōu)化邏輯優(yōu)化 8.1.3 串行化串行化 8.1.3 串行化串行化 接下頁(yè)接下頁(yè)8.1.3 串行化串行化 接上頁(yè)接上頁(yè)8.2.1 流水線設(shè)計(jì)流水線設(shè)計(jì) 8.2.1 流水線設(shè)計(jì)流水線設(shè)計(jì) 8.2.1 流水線設(shè)計(jì)流水線設(shè)計(jì) 8.2.1 流水線設(shè)計(jì)流水線設(shè)計(jì) 8.2.1 流水線設(shè)計(jì)流水線設(shè)計(jì) 8.2.1 流水線設(shè)計(jì)流水線設(shè)計(jì) 8.2.2 存放器配平存放器配平 8.2.2

3、存放器配平存放器配平 8.2.3 關(guān)鍵途徑法關(guān)鍵途徑法 8.2.4 乒乓操作法乒乓操作法 8.2.5 加法樹法加法樹法 加法樹速度優(yōu)化技術(shù)部分類似于流水線法。加法樹速度優(yōu)化技術(shù)部分類似于流水線法。2輸入加法樹構(gòu)造輸入加法樹構(gòu)造假設(shè)將加法樹逐級(jí)拓展，可以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的樹構(gòu)造。假設(shè)將加法樹逐級(jí)拓展，可以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的樹構(gòu)造。8.3.1 運(yùn)用運(yùn)用Design Assistant檢查設(shè)計(jì)可靠性檢查設(shè)計(jì)可靠性 8.3.2 增量規(guī)劃布線控制設(shè)置增量規(guī)劃布線控制設(shè)置 8.3.3 時(shí)序設(shè)置與分析時(shí)序設(shè)置與分析 8.3.4 查看時(shí)序分析結(jié)果查看時(shí)序分析結(jié)果 8.3.5 適配優(yōu)化設(shè)置例如適配優(yōu)化設(shè)置例如 1建立工程建立工

4、程 2翻開翻開Assignment Editor對(duì)話框?qū)υ捒?8.3.5 適配優(yōu)化設(shè)置例如適配優(yōu)化設(shè)置例如 3選項(xiàng)設(shè)置選項(xiàng)設(shè)置 8.3.6 LogicLock優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化技術(shù) Quartus II提供了一種非常優(yōu)秀的優(yōu)化技術(shù)，即邏輯鎖定技術(shù)提供了一種非常優(yōu)秀的優(yōu)化技術(shù)，即邏輯鎖定技術(shù)Logic Lock。Quartus II支持邏輯鎖定技術(shù)的支持邏輯鎖定技術(shù)的FPGA器件系列有器件系列有APEX20K、APEXII、Excalibur、Cyclone/II/III和和Stratix/II/III等。等。8-1 利用資源共享的面積優(yōu)化方法對(duì)例利用資源共享的面積優(yōu)化方法對(duì)例8-9程序進(jìn)展優(yōu)化僅要求

5、在面積程序進(jìn)展優(yōu)化僅要求在面積上優(yōu)化。上優(yōu)化。 8-2 試經(jīng)過(guò)優(yōu)化邏輯的方式對(duì)圖試經(jīng)過(guò)優(yōu)化邏輯的方式對(duì)圖8-20所示的構(gòu)造進(jìn)展改良，給出所示的構(gòu)造進(jìn)展改良，給出VHDL代代碼和構(gòu)造圖。碼和構(gòu)造圖。 8-3 知知4階直接型階直接型FIR濾波器的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：濾波器的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：y( n)=x(n)h(0)+x(n-1)+x(n-2)h(2)+x(n-3)h(3)x(n)與與 x(n-m)，m=0，1，2，3是延遲關(guān)系，是延遲關(guān)系，m表示延遲的表示延遲的clk 數(shù)。數(shù)。x(n-m)與與h(m)的位寬均為的位寬均為8位，位，y(n )為為10位，其中位，其中h(m)在模塊例化后為常數(shù)。該模塊的

6、在模塊例化后為常數(shù)。該模塊的輸入為輸入為x(n) 、clk ，輸出為，輸出為y (n)，試實(shí)現(xiàn)該邏輯。，試實(shí)現(xiàn)該邏輯。8-4 對(duì)習(xí)題對(duì)習(xí)題8-3中的中的FIR濾波器在速度上進(jìn)展優(yōu)化濾波器在速度上進(jìn)展優(yōu)化(在在h(m)固定的情況下固定的情況下)，試采用，試采用流水線技術(shù)。流水線技術(shù)。8-5 利用利用FLEX的的LUT構(gòu)造，構(gòu)建資源占用較小的常數(shù)乘法器，改良習(xí)題構(gòu)造，構(gòu)建資源占用較小的常數(shù)乘法器，改良習(xí)題8-3和習(xí)和習(xí)題題8-4的設(shè)計(jì)，減少模塊的資源運(yùn)用。的設(shè)計(jì)，減少模塊的資源運(yùn)用。8-6 假設(shè)對(duì)速度要求不高，但目的芯片的容量較小，試把習(xí)題假設(shè)對(duì)速度要求不高，但目的芯片的容量較小，試把習(xí)題8-3中

7、的中的FIR濾波濾波器用串行化的方式實(shí)現(xiàn)。器用串行化的方式實(shí)現(xiàn)。8-7 設(shè)計(jì)一個(gè)延續(xù)乘法器，輸入為設(shè)計(jì)一個(gè)延續(xù)乘法器，輸入為a0、a1、a2、a3，位寬各為，位寬各為8位，輸出位，輸出rout為為32位，完成位，完成rout=a0*a1*a2*a3。試實(shí)現(xiàn)之。試實(shí)現(xiàn)之。8-8 對(duì)習(xí)題對(duì)習(xí)題8-7進(jìn)展優(yōu)化，判別以下實(shí)現(xiàn)方法中哪種方法更好？進(jìn)展優(yōu)化，判別以下實(shí)現(xiàn)方法中哪種方法更好？1rout=(a0 * a1) * a2) * a32rout=(a0 * a1) * (a2 * a3)8-9 為提高速度，對(duì)習(xí)題為提高速度，對(duì)習(xí)題8-8中的前一種方法加上流水線技術(shù)進(jìn)展實(shí)現(xiàn)。中的前一種方法加上流水線技

8、術(shù)進(jìn)展實(shí)現(xiàn)。8-10 試對(duì)以上的習(xí)題解答經(jīng)過(guò)設(shè)置試對(duì)以上的習(xí)題解答經(jīng)過(guò)設(shè)置Quartus II相關(guān)選項(xiàng)的方式，提高速度，減相關(guān)選項(xiàng)的方式，提高速度，減小面積。小面積。 8-1 采用流水線技術(shù)設(shè)計(jì)高速數(shù)字相關(guān)器采用流水線技術(shù)設(shè)計(jì)高速數(shù)字相關(guān)器1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)?zāi)康模?實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理：3實(shí)驗(yàn)義務(wù)實(shí)驗(yàn)義務(wù)1： 8-1 采用流水線技術(shù)設(shè)計(jì)高速數(shù)字相關(guān)器采用流水線技術(shù)設(shè)計(jì)高速數(shù)字相關(guān)器4實(shí)驗(yàn)義務(wù)實(shí)驗(yàn)義務(wù)2：5實(shí)驗(yàn)義務(wù)實(shí)驗(yàn)義務(wù)3：6實(shí)驗(yàn)義務(wù)實(shí)驗(yàn)義務(wù)4：7思索題：思索題：8實(shí)驗(yàn)報(bào)告：實(shí)驗(yàn)報(bào)告： 8-2 線性反響移位存放器設(shè)計(jì)線性反響移位存放器設(shè)計(jì)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)?zāi)康模?實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理： 3實(shí)驗(yàn)義務(wù)：實(shí)

9、驗(yàn)義務(wù)： 8-2 線性反響移位存放器設(shè)計(jì)線性反響移位存放器設(shè)計(jì)4思索題思索題1: 5思索題思索題2：6實(shí)驗(yàn)報(bào)告：實(shí)驗(yàn)報(bào)告： 8-3 循環(huán)冗余校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC模塊設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)?zāi)康模?實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理： 8-3 循環(huán)冗余校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC模塊設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)?zāi)康模?實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理： 接下頁(yè)接下頁(yè)8-3 循環(huán)冗余校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC模塊設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)?zāi)康模?實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理： 接上頁(yè)接上頁(yè)接下頁(yè)接下頁(yè)8-3 循環(huán)冗余校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC模塊設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)?zāi)康模?實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理： 接上頁(yè)接上頁(yè)8-3 循環(huán)冗余校驗(yàn)循環(huán)冗余

10、校驗(yàn)CRC模塊設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)3實(shí)驗(yàn)義務(wù)實(shí)驗(yàn)義務(wù)1：4實(shí)驗(yàn)義務(wù)實(shí)驗(yàn)義務(wù)2：5思索題思索題1：6思索題思索題2：7思索題思索題3：8實(shí)驗(yàn)報(bào)告：實(shí)驗(yàn)報(bào)告： 8-4 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)3級(jí)流水線級(jí)流水線16位加法器位加法器實(shí)驗(yàn)義務(wù)：實(shí)驗(yàn)義務(wù)：根據(jù)根據(jù)8.2.1引見的方法，設(shè)計(jì)具有引見的方法，設(shè)計(jì)具有3級(jí)流水線的級(jí)流水線的16位加法器。在位加法器。在Quartus II上仿真驗(yàn)證，并經(jīng)過(guò)上仿真驗(yàn)證，并經(jīng)過(guò)Quartus II的相關(guān)編譯報(bào)告比較無(wú)流水線可以加的相關(guān)編譯報(bào)告比較無(wú)流水線可以加一級(jí)鎖存器以利比較和有一級(jí)鎖存器以利比較和有3級(jí)流水線的級(jí)流水線的16位加法器的數(shù)據(jù)處置速度及位加法器的數(shù)據(jù)處置速度及資源占用情況

11、。資源占用情況。8-5 基于基于DES數(shù)據(jù)加密規(guī)范的加解密系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)加密規(guī)范的加解密系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理：2實(shí)驗(yàn)義務(wù)：實(shí)驗(yàn)義務(wù)： 8-6 SPWM脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理： 8-6 SPWM脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理： 8-6 SPWM脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1：演示例如：演示例如：/KX_7C5EE+/EXPERIMENTs/EXP33_PWM_GENERATOR/ 。3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2：設(shè)計(jì)例如：設(shè)計(jì)例如：/KX_7C5EE+/EXPERIMENTs/EXP37_SPWM_Basic/8-6 SPWM脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1：演示例如：演示例如：/KX_7C5EE+/EXPERIMENTs/EXP33_PWM_GENERATOR/ 。3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2：設(shè)計(jì)例如：設(shè)計(jì)例如：/KX_7C5EE+/EXPERIMENTs/EXP37_SPWM_Basic/4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3：5實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4： 8-7 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制電路設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制電路設(shè)計(jì)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)?zāi)康模?實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理： 1. 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理 2步距細(xì)分的系統(tǒng)構(gòu)成步距細(xì)分的系統(tǒng)構(gòu)成 3. 細(xì)分驅(qū)動(dòng)性能的改