《FPGA入门教程》看书随笔——RTL设计

1、使用verilog进行RTL设计一般可归纳为3种基本的描述方式：

     （1）数据流描述：采用assign连续赋值语句

     （2）行为描述：使用always语句或initial语句块的过程赋值语句

     （3）结构化描述：实例化已有的功能模块或原语，即平常所说的元件例化和IP core.

     过程赋值语句包括非阻塞过程赋值、阻塞过程赋值和 连续过程赋值。

2、RTL级设计时需注意的问题

     （1）凡是在always或initial语句中赋值的变量，一定是reg类型变量；凡是在assign语句中赋值的变量，一定是wire类型变量、

     （2）定义存储器：reg[3:0]      MEMAORY[0:7];地址为0~7，每个存储单元都是4bit；

     （3）由于硬件是并行工作的，在Verilog语言的module中，所有描述语句（包括连续辅助语句assign、行为语句块always和initial语句块以及模块实例化）都是并发执行的。

     （4）使用完备的if...else语句，使用个条件完备的case语句并设置default操作。以防止产生锁存器latch，因为锁存器对毛刺敏感

     （5）严禁设计组合逻辑反馈环路，它最容易引起振荡、毛刺、时序违规等问题。

     （6）不要在两个或两个以上的语句块（always或initial）中对同一个信号赋值

 3、阻塞赋值与非阻塞赋值

     （1）阻塞赋值的操作符号为“=”。它的含义是在计算等式右侧表达式值及完成其赋值时不 会被其他的 verilog 语句打断，就是说，在当前赋值没有完成之前，它阻塞了其他 verilog 语句的执行。

     （2） 非阻塞赋值的操作符为“<=”。它的含义是子啊赋值操作时刻开始计算等式右边，赋值操作时刻结束时更新等式左边。在这器件，可以执行其他Verilog语句，也不阻塞其他Verilog语句的执行。

     在实际使用中，应该遵循的原则是：

     （1）在时序逻辑中，使用非阻塞赋值

     （2）在组合逻辑中，使用阻塞赋值

     （3）在同一个always块中，不要混合使用阻塞赋值和非阻塞赋值

     （4）在同一个always块中，如果既有组合逻辑又有时序逻辑，使用非阻塞赋值

     （5）always模块的敏感表为电平敏感信号时，使用阻塞赋值

     （6）不要使用#0时延进行赋值

     （7）不要在阻塞赋值中使用时延语句

     （8）在行为级描述中，如语句间是顺序执行的关系，使用阻塞赋值

4、哪些是不可综合的代码

     （1）对于一些抽象的行为描述代码是不可综合的。延迟语句（如：#delay）、初始化语句initial以及等待语句wait。

     （2）对于一些抽象的运算代码也是不可综合的。

     （3）对于不定次数的循环运算是不可综合的。

5、面积和速度是FPGA设计的两个标准。

     “面积”是指一个设计所消耗FPGA的逻辑资源数量，“速度”指设计在芯片上稳定运行所能达到的最高频率。

     优化RTL代码追求的最终目标是面积或速度，或者是两者的平衡。

6、Pipelining技术

     即流水线时序优化方法，其本质是调整一个较大的组合逻辑路径中寄存器位置，用寄存器合理分割改组合逻辑路径，从而降低路径Clock-To-Output 和Setup等时间参数的要求，达到提高设计频率的目的。

7、模块复用与资源共享

     模块复用与资源共享的目的在于节约FPGA的逻辑资源，即节约面积。

8、逻辑复制时一种通过增加面积而改善时序条件的优化手段。逻辑复制最常用的场合是调整信号的扇出。

9、状态机的设计

     推荐采用两段写法（2个always模块）或三段写法（3个always模块）。

     两段写法的核心思想是，一个always模块采用同步时序描述状态转移；另一个always模块采用组合逻辑方式判断转台转移条件，描述状态转移规律。其结构如下：

三段式写法的核心思想是，一个always模块采用同步时序的方式描述状态转移，一个采用组合逻辑的方式判断状态转移条件，描述状态转移规律，第三个always模块使用同步时序电路描述每个状态的输出。

状态机设计的其他技巧和准则：

     （1）状态机的编码最好使用one-hot（独热码）

     （2）一个玩呗的状态机应该具备初始化状态和默认状态

     （3）状态机的编码可以用parameter定义，不推荐使用define宏定义

     （4）时序逻辑always米快使用非阻塞赋值"<="，组合逻辑模块使用阻塞赋值“=”

     （5）使用玩呗的if...else语句和case 语句

     （6）case语句需具备full_case和parallel_case属性。full_case定义了所有可能的输入模式，parallel_case定义了case项是不重复的。

10、分析状态机的工具：synplify pro。

11、testbench包括两部分：一时激励，而是被验证设计的元件例化。