高清電視芯片的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)

本文首先介紹利用自動(dòng)化綜合工具在編碼和綜合的階段完成用于HDTV芯片設(shè)計(jì)的優(yōu)化。由于Verilog代碼的好壞會(huì)直接影響到綜合的結(jié)果,所以在設(shè)計(jì)代碼的階段就應(yīng)該把綜合的要求考慮進(jìn)去。其次介紹該HDTV芯片的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu),重點(diǎn)考慮HDTV芯片的結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致綜合的困難及解決方法。最后,介紹了如何把HDTV芯片用綜合工具Design Compiler將設(shè)計(jì)優(yōu)化,使延遲從-0.94降到0.11。

　　VerilogHDL綜合性設(shè)計(jì)

　　1 時(shí)鐘安排

　　選用上升沿觸發(fā)的單時(shí)鐘信號(hào),盡量不使用混合觸發(fā)的時(shí)鐘信號(hào)。因?yàn)闀r(shí)鐘周期在時(shí)序分析的過程中是關(guān)鍵問題,它還影響到時(shí)鐘的頻率。使用簡(jiǎn)單的時(shí)鐘結(jié)構(gòu)利于時(shí)鐘信號(hào)的分析和保持,避免在時(shí)鐘信號(hào)上添加buffer,還利于得到更好的綜合結(jié)果。圖1給出了上升沿觸發(fā)的單時(shí)鐘信號(hào)結(jié)構(gòu)。

　　盡量避免使用門控時(shí)鐘。時(shí)鐘門控電路通常與工藝和時(shí)序有關(guān),錯(cuò)誤的時(shí)序關(guān)系會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的時(shí)鐘和脈沖干擾。時(shí)鐘的skew會(huì)導(dǎo)致hold time的混亂,如圖2所示。此外,門控時(shí)鐘會(huì)使設(shè)計(jì)的可測(cè)試性下降。

　　同時(shí),要避免使用內(nèi)部的寄生時(shí)鐘和寄生reset。寄生時(shí)鐘不能作為掃描鏈的一部分,所以會(huì)使設(shè)計(jì)的可測(cè)試性下降,綜合約束的設(shè)計(jì)難度提高。只有一些低功耗的設(shè)計(jì)需要門控時(shí)鐘,在頂層模塊中注意要把時(shí)鐘或reset電路作為分立模塊。

　　2 綜合代碼

　　使用可綜合的代碼可以提高電路的可測(cè)試性,簡(jiǎn)化靜態(tài)時(shí)序分析,使門級(jí)的電路和初始的寄存器級(jí)代碼功能一致。

　　利用寄存器代替組合邏輯的反饋,避免使用鎖存器(Latches)。寄存器受到時(shí)序邏輯的青睞,它可以維持一致性和綜合的正確性。在設(shè)計(jì)中用reset信號(hào)來初始化寄存器的信號(hào)。在Verilog中不要使用initial語句對(duì)信號(hào)進(jìn)行初始化。

　　在每個(gè)always塊中,指定完整的敏感信號(hào)列表。如果不指定完整的敏感信號(hào),行為級(jí)的前端綜合和后端綜合網(wǎng)表的結(jié)果會(huì)不符。綜合工具在elaborate設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)給出警告。若增加多余的敏感信號(hào)則會(huì)降低仿真的速度。另外,注意阻塞性賦值和非阻塞性賦值的問題,阻塞性賦值一般用于時(shí)序電路中。

　　Case語句相當(dāng)于一個(gè)單層的多路器;If-then-else語句相當(dāng)于一個(gè)層疊的組合多路器。單一多路器的速度會(huì)快一些,所以通常建議使用case語句。避免使用full-case 和parallel_case,這兩種語句會(huì)導(dǎo)致在仿真和綜合過程中代碼的解釋出現(xiàn)差異。

　　編寫時(shí)序邏輯的代碼要包括狀態(tài)機(jī)和一個(gè)時(shí)序的進(jìn)程,通過在進(jìn)程外用assign語句來生成復(fù)雜的內(nèi)部中間變量從而改進(jìn)代碼的可讀性。使用define語句來定義狀態(tài)向量。把有限狀態(tài)機(jī)和非有限狀態(tài)機(jī)放在不同的模塊中有利于綜合。

　　在RTL代碼中不要使用任何延遲常量。延遲量不僅會(huì)導(dǎo)致在一些環(huán)境中的不正確,還會(huì)使得仿真和綜合的結(jié)果不一致,擾亂RTL仿真器代碼的優(yōu)化。