FPGA研發之道(7)架構設計漫談(二)

2021-06-22 16:59:28 字數 1332 閱讀 7824

敏捷開發宣言中,有一條定律是「可以工作的軟體勝過面面俱到的文件」。如何定義可可以工作的,這就是需求確定後架構設計的首要問題。而大部分看這句話的同志更喜歡後半句,用於作為不寫文件的藉口。

fpga的架構設計最首先可以確定就是外接介面,就像以前說的,穩定可靠的介面是成功的一半。介面的選擇需要考慮幾個問題。

1,  有無外部成熟ip。一般來說,altera和xilinx都提供大量的介面ip,採用這些ip能夠提公升研發進度,但不同ip在不同fpga上需要不同license,這個需要通過**商來獲得(中國國情,軟體是不賣錢的)。

2,  自研介面ip,能否滿足時間、進度、穩定性、及相容性的要求。

案例1設計乙個網路介面在邏輯設計上相對簡單,比如mii介面等同於4bit資料線的25mhz樣,而rgmii可以使用雙沿125mhz的取樣專用的雙沿取樣暫存器完成(使用暫存器原語)。但是如何支援與不同phy連線乙個相容性問題(所謂設計挑phy的問題,這個問題後面詳述)。

案例2:cpu通過介面連線fpga時,如果cpu此時軟復位,則有管腳會上拉,此時如果該管腳連線fpga介面是控制訊號且控制訊號高電平有效,則此時fpga邏輯必然出錯。同樣fpga在配置時,管教輸出高阻,如此時cpu上電且板級電路管腳上拉,則同樣會導致cpu取樣出錯(誤操作的問題)。

不能只是考慮編寫verilog****能對就行,介面設計應該站在系統的角度來看問題,問題不是孤立的,還是互相聯絡。

設計中,如果需要儲存大量資料,就需要在外部設計外部儲存器,這是因為fpga內部ram的數量是有限的。是採用sram、ddr2、ddr3。這就需要綜合考慮儲存資料大大小,因為sram的容量也有限,但是其介面簡單,實現簡單方便,且讀取延時較小。ddr2、ddr3的容量較大,介面複雜,但fpga內部有成熟ip可用,但是讀取的延時較大,從發起讀訊號到讀回資料一般在十幾個時鐘週期以上。如果對資料時延有要求,需要上一次儲存資料作為下一次使用,且資料量不太大(幾百k到幾兆),則sram是較好的選擇。而其他方面ddr2/ddr3是較好的選擇。為什麼不用sdram或者ddr。這是因為設計完畢,採購會告訴你,市場上這樣老的晶元基本都停產了。

fpga介面在設計選擇的原則就是:能力夠用,簡單易用。特別值得一提的是高速serdes介面,最好使用廠商給的參考設計,有硬核則不選擇軟核,測試穩定後,一定要專門的位置約束,避免後面新增的邏輯擁擠後影響到介面時序,也可避免介面設計人員與最終的邏輯設計人員扯皮(不新增過多邏輯,介面是好用的)。乙個分析高速serdes的示波器,取樣頻率至少20g甚至更高以上,動輒上百萬,出現問題,不一定有硬體條件可除錯。

回到開頭,如何定義「可用的」設計,穩定我想是前提,而介面的穩定性更是前提的前提。這裡穩定包括,滿負荷邊界測試,量產、環境試驗等一系列穩定可靠。而在架構設計中,就選擇成熟的介面,能有效的避免後續流程中的問題,從源頭保證產品的質量。

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