提高电路设计效率的常用方法

1、7 7 提高电路设计效率的常用方法提高电路设计效率的常用方法一、硬件速度的优化一、硬件速度的优化 电路系统的运行速度与电路节点之间的延电路系统的运行速度与电路节点之间的延时直接相关。时直接相关。 如果某些节点之间的延时过大，就会影响如果某些节点之间的延时过大，就会影响系统的工作速度。系统的工作速度。 所以，修改电路的冗余部分、缩短节点之所以，修改电路的冗余部分、缩短节点之间的延时是提高系统速度的关键。间的延时是提高系统速度的关键。 优化硬件速度的方法：优化硬件速度的方法：修改低层布局修改低层布局 电路设计的最终目的是经过综合优化之后电路设计的最终目的是经过综合优化之后将电路映射到将电路映射到L

2、AB上，并通过上，并通过LAB上的行上的行和列来实现逻辑功能。和列来实现逻辑功能。 所以，提高电路设计效率的一种方法就是所以，提高电路设计效率的一种方法就是直接修改低层布局。直接修改低层布局。 在同一在同一LAB单元之内实现某个电路功能块单元之内实现某个电路功能块会大大减小其布局延迟。会大大减小其布局延迟。优化硬件速度的方法：优化硬件速度的方法：A、修改低层布局、修改低层布局 当电路规模很大时，设计者要真正做到自当电路规模很大时，设计者要真正做到自己能布局得很好几乎不可能，修改结果大己能布局得很好几乎不可能，修改结果大多会不如以前。多会不如以前。 所以修改低层布局这种方法并不值得推荐。所以修改

3、低层布局这种方法并不值得推荐。优化硬件速度的方法：优化硬件速度的方法：B、合理使用、合理使用PLD资源资源 EAB单元是可编程逻辑器件中相当优秀单元是可编程逻辑器件中相当优秀的资源，利用的资源，利用EAB单元可以做出像乘法单元可以做出像乘法器这样的高速局部器件。器这样的高速局部器件。1.EAB单元的使用单元的使用EAB单元：单元：Embedded Array Block 嵌入式阵列块（嵌入式随机存储单元块）嵌入式阵列块（嵌入式随机存储单元块） EAB单元可以在一定程度上根据电路设单元可以在一定程度上根据电路设计者的不同要求，计者的不同要求，比较灵活地改变电路结构比较灵活地改变电路结构和接口信息

4、和接口信息，诸如乘法器、，诸如乘法器、FIFO、RAM、ROM等许多电路。等许多电路。FLEX10K EABFLEX10K EAB单元内部结构框图单元内部结构框图 每个每个EAB单元包括以下几个部分：单元包括以下几个部分：（1）数据区）数据区EAB的核心部分的核心部分每个每个EAB中有中有2048b的的RAM/ROM。可以根据数据线可以根据数据线/地址线的不同设置将其宽度调地址线的不同设置将其宽度调整为整为10242b，5124b或或 2568b。可以为设计不同字宽的电路带来极大的好可以为设计不同字宽的电路带来极大的好处。处。（2）总线）总线 EAB包括三条总线，即输入数据总线、地包括三条总线

5、，即输入数据总线、地址总线和输出数据总线。址总线和输出数据总线。 输入总线可配置成输入总线可配置成8b、4b、2b或或1b 位宽位宽; 地址总线同数据总线相适应，具有地址总线同数据总线相适应，具有8b、9b、10b或或11b位宽；位宽； 输出数据总线与输入数据总线相对应。输出数据总线与输入数据总线相对应。 这三条总线都有同步这三条总线都有同步/异步两种工作方式。异步两种工作方式。（3）读）读/写控制写控制EAB用于异步用于异步RAM的电路时必须外加的电路时必须外加EAB的写使能信号的写使能信号WE，以保证数据和地址信号，以保证数据和地址信号满足其时序要求；满足其时序要求；当当EAB用作同步用作

6、同步RAM时，它可以产生相对时，它可以产生相对于其全局时钟信号的于其全局时钟信号的WE信号。信号。2. EAB单元结构分析单元结构分析（1）位数配置的灵活性）位数配置的灵活性 EAB在用作在用作RAM时可以根据设计要求配时可以根据设计要求配置成多种位宽，数据线和地址线的宽度也置成多种位宽，数据线和地址线的宽度也可以灵活变化。可以灵活变化。（2）级联使用）级联使用如果需要使用如果需要使用更宽（如更宽（如2倍）的数据宽度倍）的数据宽度时，那时，那么么Quartus 软件会自动地级联更多的软件会自动地级联更多的EAB来来完成一个完成一个EAB无法完成的功能。无法完成的功能。级联的级联的EAB并不需要

7、增加额外的逻辑单元，并不需要增加额外的逻辑单元，它的存取时间与未级联的它的存取时间与未级联的EAB存取时间是存取时间是一样的。一样的。（3）深度扩展）深度扩展 每个每个EAB最多具有最多具有11根地址线，也就是根地址线，也就是说，其说，其RAM区深度为区深度为2048字（字宽为字（字宽为1b，其他类推），但当需要其他类推），但当需要4096个字或更多个字或更多个字时，个字时，Quartus 会自动选用会自动选用EAB的的数量，并产生相应的片选信号。数量，并产生相应的片选信号。 如：两个如：两个20481b的的EAB经适当的逻辑经适当的逻辑配合之后组成了配合之后组成了40961b的的RAM区。区

8、。（4）同步）同步RAM 当使用当使用FLEX 10K系列中的系列中的EAB单元来产生同单元来产生同步步RAM时，时，DATA信号和信号和ADDRESS信号在信号在EAB单元中是被锁存的。包括单元中是被锁存的。包括WE在内，所有在内，所有信号均在信号均在EAB内完成，这样可以排除一些可能内完成，这样可以排除一些可能破坏数据时序的潜在故障。破坏数据时序的潜在故障。 当当WE信号被锁定为高时，信号被锁定为高时，EAB内部电路内部电路会产生一个与会产生一个与DATA信号和信号和ADDRESS信信号建立和保持时间相匹配的写脉冲。号建立和保持时间相匹配的写脉冲。（5）异步）异步RAM FLEX 10K中

9、的中的EAB单元同时设定成异步单元同时设定成异步RAM方式，但一定要遵从以下几个原则：方式，但一定要遵从以下几个原则： WE信号一定要避免那些可能会在无意识信号一定要避免那些可能会在无意识中覆盖中覆盖RAM区数据的时序。区数据的时序。 WE信号的建立与保持时间一定要与信号的建立与保持时间一定要与DATA和和ADDRESS信号相适应。信号相适应。 当当WE=1时，时，ADDRESS信号不能发生变化。信号不能发生变化。（6）仿真）仿真ROM EAB单元的另一个重要应用是可以作为单元的另一个重要应用是可以作为ROM区来使用，储存内容的文件格式是：区来使用，储存内容的文件格式是： Hexademial

10、(Intel-Formal)File(.hex)或或 Altera Memory Initialize File(.mif)。 由于由于EAB单元没有写保护，所以单元没有写保护，所以ROM中的数中的数据在设备工作时是可以重新配置的，这比实际据在设备工作时是可以重新配置的，这比实际中应用的中应用的ROM具有更大的灵活性具有更大的灵活性 。3.EAB设计应用设计应用 以七段数码管显示为例说明以七段数码管显示为例说明EAB ROM的应用：的应用： （1）确定译码关系表。设输入宽度为）确定译码关系表。设输入宽度为4b，输出宽度为输出宽度为7b，可得对应关系如下：，可得对应关系如下：七段数码管显示译码关

11、系表七段数码管显示译码关系表字符字符 二进制表示二进制表示七段码显示七段码显示 a3 a2 a1 a0 a b c d e f g a3 a2 a1 a0 a b c d e f g 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 2 2 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 3 3 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 . . . . . . . .

12、. . . . . . . . .（2）以）以.bdf方式（图形化设计方式）打开方式（图形化设计方式）打开一个新的设计，并将该设计文件命名为一个新的设计，并将该设计文件命名为seg7.bdf，然后把新文件设定在当前，然后把新文件设定在当前project下。下。（3）从）从megafunctions中选择器件中选择器件lpm_rom宏单元，并放在设计文件中，同宏单元，并放在设计文件中，同时设置其各项接口信息与参数。时设置其各项接口信息与参数。（4）给电路加上相应的输入模块）给电路加上相应的输入模块input和输和输出模块出模块output，并给出相应的名字，构建，并给出相应的名字，构建完整的电路

13、。完整的电路。（5）如果）如果未对未对ROM进行初始化进行初始化，则电路编，则电路编译之后，在译之后，在message窗口有如下信息：窗口有如下信息： Critical Warning: Cant find Memory Initialization File or Hexadecimal (Intel-Format) File /seg7/rom.mif - setting all initial values to 0二、通过软件配置提高系统速度二、通过软件配置提高系统速度 通过修改部分软件配置也可以提高电路通过修改部分软件配置也可以提高电路速度。速度。 在在Quartus 软件的软件的A

14、ssignment菜单菜单中，可以看到有多个选项可供选择用于提中，可以看到有多个选项可供选择用于提速。速。 器件选择（器件选择（Device） 在能够满足电路容量的前提下，选择不同在能够满足电路容量的前提下，选择不同的器件可以在一定程度上提高电路的运行的器件可以在一定程度上提高电路的运行速度（暂不考虑性能价格比）。速度（暂不考虑性能价格比）。 Altera公司提供有不同速度等级的公司提供有不同速度等级的CPLD芯片，比如芯片，比如EPF10K10TC144有有-4和和-3两两种等级同样封装和引脚的芯片，种等级同样封装和引脚的芯片，-3系列的系列的速度要比速度要比-4系列速度更快一些。系列速度更快一些。三、使用三、使用LPM宏单元库宏单元库 LPM是参数化的单元库是参数化的单元库 Library of Parameterized Modules 一些单元的各种参数是由电路设计者为了一些单元的各种参数是由电路设计者为了适应设计电路的要求而定制的，通过修改适应设计电路的要求而定制的，通过修改LPM器件的某些参数，可达到设计的要求。器件的某些参数，可达到设计的要求。 使用使用LPM宏单元库有以下的优点：宏单元库有以下的