ESL綜合解決方案提高DSP的設(shè)計效率

電子產(chǎn)品中數(shù)字信號處理（DSP）芯片的使用率正急劇增加?，F(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）可支持?jǐn)?shù)百萬個門，并以DSP為中心，這種特性使其性能比標(biāo)準(zhǔn)的DSP芯片有了大幅提升。此外，F(xiàn)PGA還可進行中小型批量生產(chǎn)，能支持非常強大的原型設(shè)計與驗證技術(shù)，以實現(xiàn)DSP算法的實時仿真。但為FPGA和ASIC創(chuàng)建可移植性算法IP也面臨著諸多挑戰(zhàn)與要求。
　　本文將介紹如何通過ESL綜合技術(shù)大幅縮短在FPGA或ASIC上實現(xiàn)算法所需的時間，并簡化相關(guān)工作。
　　FPGA和ASIC之間RTL移植所面臨的挑戰(zhàn)
　　盡管RTL支持邏輯級的移植性，但卻不支持架構(gòu)層移植。如果將同一RTL在不同的目標(biāo)器件上實現(xiàn)，會導(dǎo)致結(jié)果不夠理想；在不同目標(biāo)器件中，綜合結(jié)果可能在功能上正確，但卻根本沒有優(yōu)化。
　　如何選擇算法架構(gòu)取決于一個基本問題，即滿足算法的采樣率和吞吐能力要求，需要進行多少流水線、并行和串行優(yōu)化處理。此外，F(xiàn)IR、FFT、正弦、余弦、除法等基本的DSP功能根據(jù)目標(biāo)技術(shù)的不同，有著不同的優(yōu)化實現(xiàn)要求。比如，F(xiàn)IR濾波器的直接形式與轉(zhuǎn)置形式（transposed form）就是一個很好的例子，一種適用于特定的FPGA器件，而另一種則更適用于ASIC技術(shù)。
　　根據(jù)FPGA和ASIC的不同要求，我們往往需要不同的架構(gòu)。眾所周知，F(xiàn)PGA器件傾向于以寄存器為中心，而許多ASIC到FPGA移植指南也建議增加流水線設(shè)計，對所有端口進行寄存，并將組合邏輯分解為較小的部分。這樣的設(shè)計在ASIC上實現(xiàn)就會增加面積，但這是滿足FPGA時序要求所必需的。
　　如果以ASIC為目標(biāo)，我們往往需要完全相反的做法。這時我們建議將寄存器最小化，以盡可能減小占用面積與功耗。我們可以采用時分復(fù)用和資源共享的辦法來提高時鐘速度，從而最小化乘法器及其他浪費資源的操作。消費類及無線產(chǎn)品市場領(lǐng)域中的近期設(shè)計趨勢就是仔細(xì)平衡上述做法的結(jié)果。
　　ASIC RTL和FPGA RTL之間不可避免的差別之一在于存儲器的使用。就FPGA而言，器件內(nèi)置了標(biāo)準(zhǔn)存儲器。根據(jù)FPGA工具流程和廠商的不同，我們需要特定的編碼風(fēng)格來描述存儲陣列和存儲器。高質(zhì)量FPGA綜合工具會自動將RTL代碼映射到存儲器上實現(xiàn)。不過，在ASIC領(lǐng)域中，IP和制造庫廠商（fab library vendor）的存儲器選項多種多樣，用戶要根據(jù)具體的配置選擇和編輯存儲器，并在RTL設(shè)計中進行例化。
　　許多文章和資料都介紹了在 FPGA 和 ASIC 之間轉(zhuǎn)移 IP 的編碼風(fēng)格及移植技術(shù)問題。在不同器件類型之間移植實施方案，需要進行大量的編碼與驗證工作，并擁有精湛的的專業(yè)技術(shù)。
　　如果首先用FPGA進行原型設(shè)計，再移植為ASIC設(shè)計，那么還要面臨更多的挑戰(zhàn)。在需要實時刺激和實際速度驗證的情況下，就會出現(xiàn)上述問題。為了滿足上述要求，我們應(yīng)當(dāng)保證仿真模型之間的位和采樣準(zhǔn)確度，特別是FPGA實現(xiàn)和ASIC模型不能出問題。這要求我們做大量工作，尤其是實現(xiàn)方案不同或經(jīng)常變化時更應(yīng)如此。此外，我們還必須手動修改、比較和調(diào)試測試工具。
　　ESL 綜合解決方案
　　ESL 綜合解決方案能提供強大的性，有助于解決上述諸多問題。
　　● 使用電子系統(tǒng)層級 （ESL） 模型，支持高級架構(gòu)與硬件抽象；
　　● 根據(jù)用戶定義的采樣率進行自動優(yōu)化；
　　● 用戶選擇目標(biāo)技術(shù)；
　　● 為多速率設(shè)計提供原生支持。
　　
　　圖1 從統(tǒng)一 ESL 模型快速實現(xiàn)設(shè)計方案
　　利用上述特性，DSP 綜合引擎可根據(jù)用戶定義的約束條件在了解目標(biāo)的基礎(chǔ)上進行整個系統(tǒng)優(yōu)化，對不同的 RTL進行綜合。這些為優(yōu)化架構(gòu)和特定編碼風(fēng)格而定的RTL 隨后可進入標(biāo)準(zhǔn)化的邏輯綜合流程。
　　利用ESL綜合技術(shù)，我們可以在一個高度抽象的層面完成設(shè)計工作，這不僅提高了可移植性，縮短了開發(fā)時間，而且還提高了工程設(shè)計的工作效率。除了保持RTL級的IP之外，我們還能在算法模型層保持IP，從而提高可移植性以及算法開發(fā)人員的工作效率。
　　如圖1所示，DSP綜合技術(shù)使用戶能通過統(tǒng)一的算法模型快速生成并實現(xiàn)多種不同實施方案。FPGA可使用完全并行的流水線架構(gòu)，也可像ASIC一樣采用占用面積更小的串聯(lián)架構(gòu)。此外，不同實施方案能自動保持位和采樣的準(zhǔn)確度，并通過標(biāo)準(zhǔn)化的RTL仿真工具實現(xiàn)完整的驗證路徑。與此形成對比的是，參數(shù)化的原理圖輸入法，和那些需要用戶在了解面積、延遲特性之前就確定具體架構(gòu)的RTL方法，其移植到新的實施目標(biāo)時往往需要進行大量的修改。