FPGA研發(fā)之道(14)寫在coding之前的鐵律

　　寫在coding之前的那些鐵律

　　(1)注釋： 好的代碼首先必須要有注釋，注釋至少包括文件注釋，端口注釋，功能語句注釋。

　　文件注釋：文件注釋就是一個(gè)說明文：這通常在文件的頭部注釋，用于描述代碼為那個(gè)工程中，由誰寫的，日期是多少，功能描述，有哪些子功能，及版本修改的標(biāo)示。這樣不論是誰，一目了然。即使不寫文檔，也能知道大概。

　　接口描述：module的接口信號中，接口注釋描述模塊外部接口，例如AHB接口，和SRAM接口等等。這樣讀代碼的人即可能夠判斷即模塊將AHB接口信號線轉(zhuǎn)換成SRAM接口信號。

　　功能語句注釋： 內(nèi)部關(guān)鍵邏輯，狀態(tài)機(jī)某狀態(tài)，讀過程、寫過程。

　　注釋的重要性，毋庸置疑，好的注釋，能夠提高代碼的可讀性，可維護(hù)性等等?？傊?，養(yǎng)成注釋的好習(xí)慣，代價(jià)不大，但是收益很大。

　　(2)語句：

　　開始寫代碼是，在FPGA設(shè)計(jì)中，特別是在可綜合的模塊實(shí)現(xiàn)中，verilog的語句是很固定的。在FPGA的設(shè)計(jì)中，不外乎時(shí)序邏輯和組合邏輯，除此之外，別無他法。對于開始功能編碼來說，只需知道組合邏輯信號即可生效，時(shí)序邏輯在時(shí)鐘的下一拍起效就夠了。

　　下面是編碼的實(shí)例。

　　組合邏輯：兩種組合邏輯的描述，其功能是一致的。

　　assign A = B ? 1 : D ? 2 ：3;

　　always@(*)

　　if(B)

　　A = 1

　　else if(D)

　　A = 2;

　　else

　　A = 3;

　　組合邏輯 如果是異步復(fù)位的話，描述如下

　　always@(posedge sys_clk or negedge rst_n)

　　if(!rst_n)

　　a <= 0;

　　else

　　a <= b;

　　也就是說，在verilog的可綜合電路的編碼中，只需要三種語句，分別是assign, always(*) 及時(shí)序的always(`CLOCK_EDGE clk ) 。 `CLOCK_EDGE 可以是上升沿或者下降沿。

　　為什么用always@(*) 而不是always(敏感信號列表)?！?”包含所有敏感信號列表，如果在coding過程中，漏掉了某個(gè)敏感信號，則會導(dǎo)致仿真不正確，例如本例中，敏感變量列表中，需要B or C 但是如果漏掉一個(gè)，仿真就會在B或C有變化時(shí)，輸出沒有變化。導(dǎo)致仿真和功能不一致，但是對于綜合工具來說，功能還是能夠正常工作的，不會因?yàn)槊舾凶兞苛斜碇械闹滴戳腥痪C合某條語句。某些情況下，敏感列表的值可能有十幾個(gè)甚至更多，遺漏是可能發(fā)生的事情，但是為了避免這種問題，最好采用always(*)而不用敏感變量列表的方式,來避免仿真結(jié)果不一致的情況發(fā)生。

　　(3)賦值：老話重提，阻塞與非阻塞

　　很多同志喜歡鉆研阻塞賦值和非阻塞賦值，這兩種賦值，分別在always塊里面用于的阻塞“=”給組合邏輯賦值，非阻塞”<=”給時(shí)序邏輯賦值。這應(yīng)該是鐵律，應(yīng)該在編碼過程中被嚴(yán)格的遵守下來?！盀槭裁?，不這么用程序也能跑”。這句話部分是正確的，疑問永遠(yuǎn)是工程師最好的老師。

　　誠然，某些情況下，不嚴(yán)格的執(zhí)行也跑，但是在某些情況下，實(shí)現(xiàn)二者就不一樣。

　　對于下面兩個(gè)例子來說明，為什么?

?

　　對于value1的描述方式：其綜合后的如下所示

?

　　如果從實(shí)際的編譯結(jié)果上看 b和b1 及c和c1其使用阻塞賦值和非阻塞賦值最終的結(jié)果是一致的，因此，也就是說，某些情況下，二者的編譯結(jié)果一致。

?

　　而對于value2的描述方式：其綜合后的電路圖如下所示。

?

　　而對于第二中描述方式，阻塞賦值和非阻塞賦值的區(qū)別就顯現(xiàn)出來了，從綜合后的圖中可以看到，c1信號是b1信號的寄存，而c信號和b信號為同一信號，都為a信號的寄存。

　　作為FPGA工程師，一項(xiàng)基本的能力，就是要知道代碼綜合后的電路和時(shí)序，不要讓其表現(xiàn)和你預(yù)想的不一致，“不一致”就意味著失敗。即是代碼的失敗，也是工程的失敗

　　對于阻塞和非阻塞賦值區(qū)別和詳細(xì)說明來說，其能夠編寫一本書(如有時(shí)間也可專題詳述)，但是對FPGA工程師，對于verilog的編碼而言，則只需要按照時(shí)序邏輯用“<=”非阻塞，組合邏輯用阻塞“=”賦值即可。不要挑戰(zhàn)那些規(guī)律，試圖通過語言的特性來生成特殊電路的嘗試是不可取的，開個(gè)玩笑的話，是沒有前途的，要把設(shè)計(jì)的精力放在通過可用的電路來實(shí)現(xiàn)需求上，不要舍本逐末。在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，我們需要的是一個(gè)確定的世界，“所見及所得”，不要讓你所想的和綜合編譯工具得認(rèn)識不一致。這也就是不要亂用和混用這兩個(gè)賦值的原因。

　　(4)一個(gè)變量一個(gè)“家”

　　不要在兩個(gè)always語句中同一個(gè)變量賦值。(這是必須的)

　　也盡量不要在同一個(gè)always語句中，對兩個(gè)變量賦值。(這是可選的)

　　如果是一組信號，其有共同的控制條件，則在同一always語句中賦值能夠減少代碼行數(shù)，提高可讀性，除此之外，最好分開來寫。如果幾個(gè)不太相關(guān)的信號在同一里面賦值，其可讀性極差，在組合邏輯中，還容易產(chǎn)生latch。

　　而前者賦值方式，綜合工具肯定會報(bào)錯(cuò)，這到不用很擔(dān)心，因?yàn)槟軌驁?bào)的錯(cuò)誤時(shí)是最容易被發(fā)現(xiàn)的。俗語說：“咬人的狗不叫”，而對于FPGA設(shè)計(jì)來說“致命的BUG，從來不報(bào)錯(cuò)”。

　　(5)鎖存

　　FPGA中不要有鎖存器的產(chǎn)生。最容易產(chǎn)生的是在always(*)語句中，最后一定是所有分支條件都要描述并賦值，(一定要有最后的else)。狀態(tài)機(jī)中，同樣如此，不但需要有default的狀態(tài),每個(gè)狀態(tài)的都要有所有的分支都要賦值。

　　鎖存器，是FPGA設(shè)計(jì)的大敵，因?yàn)闀?dǎo)致非你想要的錯(cuò)誤功能的產(chǎn)生，并且導(dǎo)致時(shí)序分析錯(cuò)誤，就會產(chǎn)生前述的問題“所見不是所得”，并且綜合工具不會報(bào)錯(cuò)。

　　如果你設(shè)計(jì)的電路功能，仿真正確，而實(shí)際工作不正常，有一部分的原因是生成了鎖存器，如果設(shè)計(jì)很大，不容易查的話，可以打開綜合報(bào)告，搜索“LATCH”關(guān)鍵詞，查看是否有鎖存器的產(chǎn)生，一句話“鎖存器，必殺之”。

　　時(shí)序邏輯會產(chǎn)生鎖存器嗎?當(dāng)然不會，時(shí)序邏輯綜合結(jié)果必然是觸發(fā)器，因此不用檢查時(shí)序邏輯的分支條件。

　　綜上：這是寫在coding之前的話，編碼的主要功能應(yīng)該是用可靠的電路來描述FPGA功能和需求，不要試圖通過語言的特性來描述功能，設(shè)計(jì)的主要精力應(yīng)放在用已知的電路(組合邏輯，時(shí)序邏輯)描述未知功能。