Leideanna Ard-Íocaíochta d'Innealtóirí FPGA a Thuilleann 700k go Bliantúil

I gcás innealtóirí FPGA atá ag iarraidh tuarastal ard a thuilleamh, tá roinnt príomhstraitéisí le breithniú. Ar an gcéad dul síos, tá sé ríthábhachtach do scileanna i ndearadh agus i bhforbairt FPGA a fheabhsú. Beidh tú ina shócmhainn luachmhar sa réimse seo nuair a bheidh tú i do shaineolaí ar theangacha mar Verilog agus VHDL, chomh maith le máistreacht a fháil ar uirlisí agus ardáin forbartha FPGA.

Tá breis agus deich mbliana caite ó tháinig mé i dteagmháil le FPGA den chéad uair le linn mo laethanta ollscoile. Is cuimhin liom fós an sceitimíní a bhain le turgnaimh a chur i gcrích ar nós stopuaireadóirí digiteacha, dordánaí tráth na gceist, agus glais phasfhocal ar ardán an EDA den chéad uair. Ag an am sin, ní raibh mé faoi lé teangacha tuairiscithe crua-earraí HDL fós, agus mar sin tógadh na dearaí ag baint úsáide as gléasanna loighic 74-sraith i dtimpeallacht scéimreach MAX++ II. Níos déanaí, le linn mo chuid staidéir iarchéime agus obair ina dhiaidh sin, d'úsáid mé Quartus II, Foundation, ISE, agus Libero, agus d'fhoghlaim mé an teanga Verilog HDL freisin. Tríd an bpróiseas foghlama seo, bhí meas agam de réir a chéile ar chlisteacht Verilog. Thuig mé go bhféadfadh píosa beag cód dearaí scéimre casta a chur i gcrích, agus bhí inaistritheacht agus inoibritheacht na teanga i bhfad níos láidre ná iad siúd a bhaineann le dearaí scéimre.

Tábhacht na gCaighdeán i nDearadh Loighic FPGA

Tá a fhios ag cairde a d'oibrigh sa tionscal go gcuireann cuideachtaí béim ar chaighdeáin, go háirithe le haghaidh dearaí móra (cibé acu bogearraí nó crua-earraí). Tá sé beagnach dodhéanta a bhaint amach gan na caighdeáin a leanúint. Ní haon eisceacht é dearadh loighic: mura leanann tú na caighdeáin, seans go bhfaighidh tú earráidí agus tú ag dífhabhtú mí ina dhiaidh sin. Ag breathnú siar ar an gcód a scríobh tú, b'fhéidir go ndearna tú dearmad ar go leor feidhmeanna comhartha, gan trácht ar sheiceáil earráide. Má fhágann duine leath bealaigh trí thionscadal, is dócha go mbeidh ar an comharba an dearadh a thosú ón tús. Más gá duit gnéithe nua a chur leis an mbunleagan, is dóichí go mbeidh ort tosú arís, rud a fhágann go mbeidh sé deacair ath-inúsáidteacht dearaidh a bhaint amach.

Maidir le loighic, ceapaim go bhfuil na caighdeáin seo a leanas tábhachtach:

1. Doiciméadúchán Dearaidh: Ba cheart smaointe dearaidh, cur i bhfeidhm mionsonraithe, etc., a scríobh isteach i ndoiciméid, agus ní féidir an chéad chéim eile den obair a dhéanamh ach amháin tar éis athbhreithniú agus formheas dian a dhéanamh. Féadfaidh an cur chuige seo an tionscadal a choinneáil i riocht inrialaithe agus indéanta.
2. Caighdeánú Cóid: Ainmniú comharthaí a chaighdeánú, úsáid chás íochtair le haghaidh ainmneacha comharthaí agus cás uachtair do pharaiméadair, marcáil comharthaí éifeachtacha leibhéal íseal le _n ag deireadh (m.sh., rst_n), agus comharthaí calafoirt a shocrú le comhartha amháin in aghaidh an líne chun earráidí a bhrath níos éasca i bhfíorú insamhalta.
3. Bainistíocht Fearainn Clog: Ná húsáid ach clog amháin do gach modúl, agus bain úsáid as modúl tiomnaithe do leithlisiú fearann ​​cloig i ndearaí a bhaineann le fearainn iolracha clog chun ligean don sintéiseoir toradh níos fearr a shintéisiú.
4. Seachain Loighic Combinatorial for Latches: I ndearaí FPGA, tá sé toirmiscthe loighic íon combinatorial a úsáid chun laistí a ghiniúint. Ceadaítear laistí le D smeach-flops, amhail cláir chumraíochta.
5. Sioncrónú Comhartha: Go ginearálta, ní mór comharthaí a théann isteach sa FPGA a shioncrónú ar dtús chun minicíocht oibre an chórais a mhéadú.
6. Cláraigh Gach Aschur: Ba cheart gach aschur modúl a chlárú chun an minicíocht oibre a mhéadú agus cóineasú uainiúcháin a bhaint amach sa dearadh.
7. Seachain Cloig Gated: Ach amháin gur dearadh ísealchumhachta é, ná bain úsáid as cloig geataithe, toisc go méadóidh sé seo éagobhsaíocht an dearadh.
8. Clog Cumasaigh Comharthaí: Tá sé toirmiscthe comharthaí roinnte ag cuntair a úsáid mar chloig do mhodúil eile. Ina áit sin, bain úsáid as comharthaí cumasaithe clog.

Dearadh Uainiú le haghaidh Ardfheidhmíochta

Tá cúlra ag mo boss ag obair ag Huawei agus Junlong, mar sin go nádúrtha, d'inis sé dúinn faoi roinnt cleachtais dearaidh loighic ag Huawei agus Altera. Tá ár gcaighdeáin tionscadail bunaithe go bunúsach ar na cleachtais ag Huawei. Le míonna beaga anuas oibre, ba é an tuiscint is doimhne a bhí orm ná an méid a bhí le rá ag Huawei: tá an t-am deartha, ní insamhladh nó déanta suas. Inár gcuideachta, déantar athbhreithniú dian ar gach tionscadal. Ní féidir an chéad chéim eile den obair a dhéanamh ach amháin tar éis don athbhreithniú a bheith rite. Ag glacadh le dearadh loighic mar shampla, in ionad tosú ar chód a scríobh ar an bpointe boise, ní mór dúinn ar dtús an plean dearaidh foriomlán agus an plean dearaidh loighciúil mionsonraithe a scríobh. Tar éis na pleananna seo a athbhreithniú agus a mheas a bheith indéanta, is féidir tús a chur le códú. Go ginearálta, is mó an t-am a chaitear ar na tascanna seo ná an t-am a chaitear ar chódú.

Baineann an plean foriomlán go príomha le roinnt modúl, comharthaí comhéadan agus uainiú modúil chéad leibhéal agus dara leibhéal, agus conas an dearadh a thástáil sa todhchaí. Sa phlean leibhéal seo, tá sé tábhachtach a chinntiú go dtagann an t-am le chéile go dtí an modúl chéad leibhéal (agus ar deireadh leis an modúl dara leibhéal). Cad a chiallaíonn sé seo? Nuair a dhéanaimid dearadh mionsonraithe, cinnteoimid roinnt coigeartuithe ar uainiú roinnt comharthaí. Mar sin féin, is féidir leis na coigeartuithe uainiúcháin seo tionchar a imirt ar an modúl céadleibhéil ar a mhéad, ní ar an dearadh iomlán. Is cuimhin liom nuair a bhí mé ar scoil, toisc nár thuig mé an dearadh uainiúcháin, is minic a bhí orm uainiú na gcomharthaí modúil eile a choigeartú toisc nár comhlíonadh uainiú comhartha amháin, rud a bhí an-fhrustrach.

Sa phlean dearadh loighic mhionsonraithe, tá uainiú comhéadan gach leibhéal modúil deartha againn cheana féin, agus déantar an chaoi a gcuirtear gach leibhéal modúil i bhfeidhm a chinneadh go bunúsach. Toisc go bhfuil sé seo bainte amach againn, déantar códú go nádúrtha níos tapúla. Níos tábhachtaí fós, is féidir leis an gcur chuige seo an dearadh a choinneáil i riocht inrialaithe agus cosc ​​a chur ar an ngá an dearadh iomlán a thosú mar gheall ar earráidí in aon áit amháin.

Cad iad na fachtóirí a théann i bhfeidhm ar mhinicíocht oibriúcháin ciorcad?

Baineann minicíocht oibre an chuaird go príomha leis an moill iomadú comhartha idir cláir agus sceabhacha clog. Má ritheann an clog sa FPGA feadh línte fada, tá an sceabhach clog an-bheag agus is féidir neamhaird a dhéanamh air. Anseo, ar mhaithe le simplíocht, ní bhreithnítear ach na fachtóirí a mbíonn tionchar acu ar an moill ar iomadú comhartha. Áirítear leis an moill iomadaithe comhartha moill oscailte agus dúnta an chláir, an mhoill ródaithe, agus an mhoill tríd an loighic comhcheangailte. Chun minicíocht oibre an chuaird a mhéadú, ní mór dúinn oibriú ar na trí mhoill seo agus iad a dhéanamh chomh beag agus is féidir.

1. Moill a Laghdú trí Ródú a Athrú: Sonraigh ródú roinnt comharthaí tábhachtacha, mar shampla cloig agus comharthaí rialaithe, chun iad a dhéanamh tríd an FPGA chomh beag agus is féidir. Féadfaidh sé seo an mhoill ródaithe a laghdú go héifeachtach.
2. Laghdú ar Líon na Loighic Chomhcheangailte: Bain úsáid as táblaí cuardaigh (LUT) oiread agus is féidir in ionad geataí loighic. Ina theannta sin, úsáideann roinnt daoine cláir cascáideacha chun líon na ngeataí a laghdú, ach is é an bealach is fearr ná píblíne a úsáid chun líon na geataí a laghdú.

Tríd is tríd, is bealaí éifeachtacha iad laghdú líon na ngeataí agus athrú an ródaithe chun minicíocht oibre an chiorcaid a mhéadú. I ndearadh iarbhír, is minic a bhíonn meascán den dá rud ann. Mar sin féin, níl sé seo absalóideach. I gcásanna áirithe, ní fhéadfadh athrú an ródaithe an mhoill a laghdú, agus is é an bealach is éifeachtaí ná líon na ngeataí a laghdú.

Na Dúshláin a bhaineann le Dearadh Loighic: Ailtireacht Chórais agus Fíorú Insamhladh

Nuair a chuaigh mé isteach sa chuideachta den chéad uair, dúirt mo bhainisteoir liom nach bhfuil an deacracht a bhaineann le dearadh loighciúil i ndearadh cód RTL-leibhéal, ach i ndearadh ailtireachta an chórais agus fíorú insamhalta. Faoi láthair, sa tSín, tá níos mó béime ar dhearaí sintéiseithe, ach ní cosúil go bhfuil mórán faisnéise ann maidir le dearadh ailtireachta an chórais agus fíorú insamhalta, rud a d'fhéadfadh an leibhéal dearadh réasúnta íseal sa tSín a léiriú.

Nuair a bhí mé ar scoil, shíl mé i gcónaí, chomh fada agus a bhí an cód leibhéal RTL déanta go maith, nach raibh i bhfíorú ionsamhlúcháin ach foirmiúlacht, agus mar sin rinne mé neamhaird go dícheallach ar chomhréir chur síos iompraíochta HDL agus bhí leisce orm foghlaim faoi bhinsí tástála - mar cheap mé. bhí tonnforms líníocht áisiúil; Ní raibh aon rud ar eolas agam faoi dhearadh ailtireachta an chórais. Ní go dtí gur tháinig mé trasna ar roinnt rudaí sa chuideachta a thuig mé go raibh sé go hiomlán difriúil.

Go deimhin, i dtíortha iasachta, is dócha go bhfuil an t-am agus an daonchumhachta a chaitear ar fhíorú ionsamhlúcháin dhá uair níos mó ná mar a chaitear ar chód leibhéal RTL. Anois, is é fíorú insamhalta an cosán ríthábhachtach chun sliseanna milliún geata a dhearadh.

Fíorú Insamhladh: Samhaltú agus Uathoibriú

Is é an deacracht a bhaineann le fíorú insamhalta den chuid is mó ná conas múnla a dhéanamh chun cruinneas an dearadh a fhíorú go hiomlán agus go cruinn (go príomha chun clúdach cód a mhéadú). Sa phróiseas seo, tá an luas fíoraithe tábhachtach freisin.

Is éard atá i gceist le fíorú, i dtéarmaí simplí, ná conas clúdach leordhóthanach a dhéanamh ar fhoinsí spreagtha agus ansin earráidí a bhrath. Go pearsanta, is dóigh liom i bhfíorú insamhalta, is é an rud is bunúsaí ná uathoibriú fíoraithe a bhaint amach. Sin é freisin an fáth go gcaithfimid binsí tástála a scríobh. I gceann de na dearaí atá agam faoi láthair, tógann sé thart ar uair an chloig le haghaidh gach rith insamhalta (ar dearadh beag é i ndáiríre). Ós rud é nach féidir le tonnfhoirmeacha líníochta uathoibriú fíoraithe a bhaint amach, má dhéanaimid insamhladh trí thonnfhoirmeacha a tharraingt, ar dtús, tarraingeofar an tonnchruth chun báis (go háirithe le haghaidh dearaí le halgartaim casta agus dáileadh staitistiúil ionchuir), sa dara háit, ag féachaint ar an tonnform beidh sé marfach, agus sa tríú háit, tá an ráta braite earráide beagnach nialas. Mar sin, conas uathoibriú a bhaint amach? Tá mo leibhéal fós an-teoranta, mar sin ní féidir liom ach labhairt go hachomair faoi BFM (múnla feidhm bus).

Ag tabhairt an sampla de chroí MAC a dhéanamh (is é an bus PCI an backplane), ní mór dúinn MAC_BFM, PCI_BFM, agus PCI_BM (múnla iompair PCI). Is é príomhfheidhm MAC_BFM frámaí Ethernet (foinsí spreagtha) a ghiniúint, le faid randamach agus ceanntásca fráma, agus tá an t-ábhar randamach freisin. Agus é á sheoladh, déanann sé é a chóipeáil chuig PCI_BM freisin; is é feidhm PCI_BFM iompar an bhus PCI a insamhail, mar shampla, nuair a fhaigheann an gléas faoi thástáil fráma ceart, cuirfidh sé iarratas chuig an mbus PCI, agus freagróidh PCI_BFM é agus tabharfaidh sé na sonraí isteach; is é príomhfheidhm PCI_BM comparáid a dhéanamh idir an méid a sheolann MAC_BFM amach agus an méid a fhaigheann PCI_BFM. Ós rud é go bhfuil faisnéis seolta MAC_BFM aige agus faisnéis glactha PCI_BFM, chomh fada agus a bhíonn an dearadh réasúnta, is féidir leis a thástáil go huathoibríoch agus go hiomlán i gcónaí an bhfuil an gléas faoi thástáil ag obair de ghnáth, rud a bhaint amach braite uathoibríoch.

Meastar go bhfuil ag éirí go measartha maith le Huawei maidir le fíorú insamhalta sa tSín. Tá ardán fíoraithe réasúnta maith bunaithe acu, agus tá an chuid is mó den BFM a bhaineann le cumarsáid déanta go maith. Chuala mé ó mo chara nach gá dóibh anois ach an gléas a chur faoi thástáil san ardán tástála agus na paraiméadair a chumrú chun a bhrath go huathoibríoch an bhfuil an gléas atá á thástáil ag feidhmiú i gceart.

Cúrsaí Teanga

Maidir le teangacha HDL, tá go leor daoine sa tSín ag argóint faoi cé acu atá níos fearr idir VHDL agus Verilog. Go deimhin, is dóigh liom go pearsanta nach bhfuil an-chiall leis seo. Úsáideann an chuid is mó de na cuideachtaí móra lasmuigh Verilog go bunúsach le haghaidh cód RTL-leibhéal, mar sin molaim fós gach duine Verilog a fhoghlaim oiread agus is féidir. I dtéarmaí insamhalta, toisc go bhfuil VHDL níos laige ná Verilog i samhaltú iompraíochta, is beag samhlacha insamhalta a dhéantar le VHDL. Ar ndóigh, níl Verilog foirfe ach an oiread. Go deimhin, tá cumas Verilog i samhaltú iompraíochta casta teoranta freisin. Mar shampla, ní thacaíonn sé le eagair fós. I roinnt dearaí casta algartam, tá teangacha ardleibhéil ag teastáil le haghaidh astarraingthe chun cur síos a dhéanamh ar shamhlacha iompraíochta. I dtíortha iasachta, déantar go leor samhlacha insamhalta ag baint úsáide as teanga SystemC agus E, agus meastar go bhfuil Verilog as dáta. Is cosúil go bhfuil ardán fíoraithe Huawei sa tSín scríofa i SystemC.

Dearcadh Todhchaí

Maidir le dearadh ailtireachta an chórais, toisc nach bhfuil an dearadh a bhfuilim ag obair air mór go leor, níl mórán taithí agam fós. Is dóigh liom go gcaithfidh eolas éigin a bheith agam ar ailtireacht córais ríomhaireachta. Is é feidhmiúlacht an phríomhbhunús le haghaidh roinnte, agus ina dhiaidh sin an struchtúr bus cuí, an struchtúr stórála agus an ailtireacht próiseálaí a roghnú. Ba cheart go ndéanfadh roinnt na hailtireachta córais gach modúl feidhmiúil soiléir agus éasca le cur i bhfeidhm. Sílim go roinnfidh mé roinnt léargais tar éis dom beagán taithí a bheith agam ar an gcuid seo i gceann tamaill, mar sin ní chuirfidh mé amú thú go ceann tamaill.

Léargais Phearsanta

Ar deireadh, lig dom achoimre achomair a dhéanamh. Baineann sé seo go léir le níos mó cleachtais, níos mó smaointeoireachta, agus níos mó ceistiúcháin. Déanann cleachtadh foirfe. Is fearr é a chleachtadh leat féin ná réitigh daoine eile a léamh céad uair. Tagann an spreagadh don chleachtadh go páirteach ó ús agus go páirteach ó bhrú. Sílim go pearsanta go bhfuil an dara ceann níos tábhachtaí. Cruthóidh ceanglais go héasca brú, is é sin, is fearr cleachtadh a dhéanamh ar fhorbairt tionscadail iarbhír seachas staidéar a dhéanamh ar mhaithe le staidéar a dhéanamh.

Sa phróiseas cleachtais, ba cheart duit smaoineamh níos mó agus smaoineamh ar na cúiseanna atá leis na fadhbanna. Tar éis duit na fadhbanna a réiteach, fiafraigh cén fáth cúpla uair eile. Is próiseas é seo freisin chun taithí a charnadh. Má tá sé de nós agat logaí tionscadail a scríobh, tá sé níos fearr fós. Scríobh síos na fadhbanna, na cúiseanna, na réitigh agus na modhanna a réitíodh ann. Ar deireadh, cuir níos mó ceisteanna. Mura féidir leat fadhb a réiteach tar éis smaoineamh air, fiafraigh. Tar éis an tsaoil, tá cumais aonair teoranta. Iarr ar comhghleacaithe, ar chomhghleacaithe, ar innill chuardaigh, agus ar netizens. D’fhéadfadh alt nó treoir ó chairde cabhrú leat fadhbanna a réiteach go tapa.

Conclúid

Tar éis insamhalta feidhmiúil, ós rud é go bhfuil muid ag dearadh i FPGA, tá an cód leibhéal RTL ráthaithe go bunúsach a bheith comhsheasmhach leis an toradh sintéise agus an toradh insamhalta feidhmiúil le linn dearadh. Chomh fada is nach dtugtar rabhadh sa tuarascáil uainiúcháin statach tar éis leagan amach sintéise i gcoinne na srianta ama a shárú, is féidir linn dul ar aghaidh le dífhabhtú ar an mbord. Go deimhin, ag Huawei agus ZTE, ní dhéanann siad insamhalta uainiúcháin freisin nuair a bhíonn FPGA á dhearadh acu toisc go dtógann insamhalta uainiúcháin go leor ama agus ní gá go mbeadh an éifeacht níos fearr ná féachaint ar an tuarascáil anailíse uainiúcháin statach.

Ar ndóigh, más dearadh ASIC é, is mó an t-ualach oibre a bhaineann le fíorú insamhalta. Nuair a bhaineann sé le dearadh fearainn il-clog, déantar iar-insamhalta go ginearálta. Sula ndéantar iar-insamhalta, áfach, is gnách go n-úsáidtear uirlisí fíoraithe foirmiúla agus úsáidtear an tuarascáil anailíse uainiúcháin statach chun aon sáruithe ar riachtanais dearaidh a sheiceáil. Tar éis é seo a dhéanamh, is féidir an t-ualach oibre iar-insamhalta a bheith i bhfad níos lú.

Má théann an riachtanas seo i bhfeidhm ar fhoinsiú nó ar scaoileadh táirgeachta, déan comparáid idir é agus foinsiú comhpháirteanna leictreonacha agus comparáid bailchríoch dromchla sula seoltar na comhaid chríochnaitheacha lena n-athbhreithniú.