如何開展FPGA/SoC架構(gòu)設(shè)計工作

本篇整理自Adam Taylor的設(shè)計教學(xué)博客。

在我寫的大多數(shù)博客里，都演示或解釋了FPGA/SoC的設(shè)計細(xì)節(jié)技術(shù)。但是這篇文章將有所不同，因為在這里我要提出另外一個問題。

你該如何開始做可編程邏輯設(shè)計的架構(gòu)?

在我有一次同時在為三個FPGA項目設(shè)計架構(gòu)(作為衛(wèi)星開發(fā)的一部分)時，這個問題浮現(xiàn)在我的腦海中。當(dāng)然，由于最終應(yīng)用場景的原因，該架構(gòu)受到了主承包商和航天局的多次審查。因此，我將盡可能詳細(xì)的畫出架構(gòu)圖，以便讓我的設(shè)計團隊可以很輕松地從中進行工作。

盡可能詳細(xì)地畫出架構(gòu)圖，在本子上就可以

可編程邏輯的架構(gòu)設(shè)計可能非常復(fù)雜，因此好的架構(gòu)通常要定義以下幾個元素：

1.模塊需要實現(xiàn)所需的功能，當(dāng)然，這些模塊也可以包含層次結(jié)構(gòu)。

2.每個模塊接收時鐘和時鐘使能，必須考慮如果信號跨越多個時鐘域時的跨時鐘域需求。

3.每個模塊收到的復(fù)位。就像時鐘一樣，必須考慮每個模塊的復(fù)位要求。

4.架構(gòu)中每個模塊接口信號相互連接

高效的架構(gòu)和實現(xiàn)應(yīng)盡可能利用供應(yīng)商的現(xiàn)有IP核。確定可以在整個體系結(jié)構(gòu)中重用的模塊也是明智的，例如控制算法或通信總線。我的設(shè)計中有3個FPGA需要構(gòu)建，因此識別可以通用的模塊將在開發(fā)和驗證過程中節(jié)省大量時間。

接口重用十分劃算，因為它是標(biāo)準(zhǔn)化模塊。使用標(biāo)準(zhǔn)接口(例如AXI，AXI Stream和APB)作為模塊接口，可以在多個設(shè)計中輕松復(fù)用。在我的這個項目中，可能不需要復(fù)用IP核，但在將來的開發(fā)中可能需要相同的功能。

在我的復(fù)雜接口(如ADC/DAC接口、AXI或存儲接口)架構(gòu)圖中，我更喜歡使用一類接口類型，該類型包含所有較低級別的信號。然后可以在體系結(jié)構(gòu)文檔中定義接口類和所有信號。這種方法有幾個優(yōu)點：它使架構(gòu)圖更簡單，并使修改(例如 信號添加或重命名)只需要在一個位置進行。

各種接口類型的定義

信號列表和時序圖

在創(chuàng)建架構(gòu)時，我的傳統(tǒng)方法是從筆和紙開始，勾勒出主要的設(shè)計模塊和關(guān)鍵界面。完成此操作后，我將使用Visio將其電子圖形化，以使其添加在文檔中時看起來更加專業(yè)。

當(dāng)然，此圖需要顯示塊之間的所有信號和信號類別。理想情況下，工程師應(yīng)能夠拾取架構(gòu)和架構(gòu)文檔，并根據(jù)其角色開始開發(fā)或驗證。

在研究架構(gòu)時，我對其他工程師如何開發(fā)可編程邏輯架構(gòu)感到好奇，因此我在多個FPGA討論板/論壇上提出了問題并收到了很多有趣的回答。大多數(shù)受訪者表示他們使用了常見的圖紙設(shè)計套件，包括：

· Microsoft Visio (https://www.microsoft.com/en-gb/microsoft-365/visio/flowchart-software

· draw.io (https://app.diagrams.net/)

· yED (https://www.yworks.com/products/yed)

· Dia (http://dia-installer.de)

· OmniGraffle (https://www.omnigroup.com/omnigraffle)

· LibreOffice Draw (https://www.libreoffice.org/discover/draw/)

· Gliffy Diagrams for Confluence (https://marketplace.atlassian.com/apps/254/gliffy-diagrams-for-confluence)

· Lucidchart (https://www.lucidchart.com/)

· XMind (https://www.xmind.net/)

我們可以使用這里所有的繪圖包創(chuàng)建漂亮的架構(gòu)圖，有趣的是，有幾個人回答說他們使用Symbolator，而我并不熟悉。

Symbolator是Windows和Linux中的命令行工具，它將讀取VHDL、Verilog和組件聲明然后生成組件圖。然后可以在您首選的圖紙包中使用這些symbol。

直接安裝Symbolator。我們可以使用pip進行安裝，并注意您安裝的時候可能需要安裝一些其他軟件，包括Pycairo，PyGObject和Python-gi-cairo。完成此操作后，您可以使用各種不同格式和表示樣式的組件聲明創(chuàng)建組件symbol。

自從我學(xué)習(xí)到有關(guān)Symbolator的知識以來，我感覺這工具還挺好用，于是決定將它用到我正在設(shè)計的三個架構(gòu)工作中。

用Symbolator進行block設(shè)計

Symbolator的介紹地址：https://kevinpt.github.io/symbolator/

我非常喜歡使用清晰的時鐘和數(shù)據(jù)接口組定義來創(chuàng)建block。這一次，我使用Symbolator和Visio完成了架構(gòu)設(shè)計，但對于各位架構(gòu)師來說，每個人都有每個人的習(xí)慣。大家更習(xí)慣如何開展FPGA/SoC架構(gòu)設(shè)計工作呢?

原文標(biāo)題：你一般如何做可編程邏輯設(shè)計的架構(gòu)?

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審核編輯：湯梓紅