FPGA设计：关键路径优化与资源共享策略

FPGA设计技巧专注于优化关键路径以提高设计效率和性能。在FPGA设计中，关键路径是指决定整个电路最短延迟路径，任何延迟变化都可能影响整体时序。为了满足严格的时序约束，设计师需要尽可能减少关键路径上的逻辑单元数量，以降低延迟。 1. 减少逻辑单元：通过精心设计，比如在上述示例中，将原先“critical”经过的2个逻辑单元简化为1个，通过逻辑重组或优化算法，避免不必要的逻辑冗余，从而缩短关键路径的长度。 2. 资源共享：通过模块化和代码重写，使得多个逻辑功能共享相同的硬件资源，如宏单元，以减少硬件占用。例如，一个简单的二选一选择器和加法器可以合并为一个复用的单元，提高资源利用率。 3. 复制逻辑优化：综合工具通常不能完美地布局和布线复杂设计。利用扇出控制，复制逻辑可以在设计中插入重复部分，虽然可能会增加硬件面积，但综合工具可以处理并优化这些复制，提高设计的性能。 4. 组合逻辑复制与触发器优化：对于无法在CLB（基本逻辑单元）内部实现的大扇出组合逻辑，需要进行复制以减小延迟。同时，大扇出触发器的复制可以降低扇出，改善布线，并允许信号驱动芯片的不同区域。通过修改代码实现这些复制操作，可以有效优化设计。 5. 阶层化设计：复杂的电路设计采用层次化方法，将任务分解到可控制的模块中，形成模块化的结构。这种设计方式便于代码维护、继承，以及模块间的高效通信。例如，通过使用寄存器作为模块间边界，有助于提高综合后的电路速度，并减少重复劳动。 FPGA设计中的关键路径优化策略涉及逻辑简化、资源管理和复用、以及针对特定问题的高级设计技术，如复制和层次化结构。通过这些技巧，设计人员可以实现高性能且符合时序约束的FPGA设计。