1 6 4 如何優化時序

2021-09-27 03:26:27 字數 2506 閱讀 1490

在fpga設計中,提高速度與降低面積屬於兩個相互矛盾的目標,在具體實現上往往需要折中(tradeoff)。

1.建立時間(setup time):指在觸發器的時鐘訊號上公升沿到來以前,資料穩定不變的時間。若建立時間不夠,資料將不能在這個時鐘上公升沿處被打入觸發器。2.保持時間(hold time):指在觸發器的時鐘訊號上公升沿到來以後,資料穩定不變的時間。若保持時間不夠,資料同樣不能被打入觸發器。

1.同步邏輯時延電路的基本模型如圖:

其中,引數如下:

(1)tde

lay是

組合邏輯

的時延t_是組合邏輯的時延

tdelay

​是組合

邏輯的時

延(2)tco

是觸發器

時鐘到數

據輸出的

時延t_是觸發器時鐘到資料輸出的時延

tco​是觸

髮器時鐘

到資料輸

出的時延

(3)tsu

是觸發器

的建立時

間t_是觸發器的建立時間

tsu​是觸

髮器的建

立時間(4)tpd

是由於c

lk時鐘

樹網路傳

播帶來的

時延(時

鐘延時參

數)t_是由於clk時鐘樹網路傳播帶來的時延(時鐘延時引數)

tpd​是由

於clk

時鐘樹網

絡傳播帶

來的時延

(時鐘延

時引數)

tpd有可能為正也有可能為負,主要由時鐘網路的布局佈線決定。通常fpga若採用全域性時鐘,該值基本為0;而asic則通過後端設計保證其接近於0.

2.假設資料已經被時鐘的上公升沿打入d觸發器,那麼資料到達第乙個觸發器的q端需要tco,再經過組合邏輯的延時tdelay到達第二個觸發器的d端,要想時鐘能夠再第二個觸發器處再次被穩定地鎖入觸發器,則時鐘的延遲不能晚於tco+tdelay+tsu-tpd。

由 以上

分析可知

,該電路

工作的最

小時鐘周

期為:t

=tco

+tpd

+tsu

由以上分析可知,該電路工作的最小時鐘週期為:t=t_+t_+t_

由以上分析可

知,該電

路工作的

最小時鐘

週期為:

t=tc

o​+t

pd​+

tsu​

因 此,

電路工作

的最快時

鐘頻率為

:f=1

t,而電

路綜合工

具也正是

通過這個

公式來計

算系統最

大執行速

度fma

x的。因此,電路工作的最快時鐘頻率為:f = \frac, 而電路綜合工具也正是通過這個公式來計算系統最大執行速度f_的。

因此,電路工

作的最快

時鐘頻率

為:f=

t1​,

而電路綜

合工具也

正是通過

這個公式

來計算系

統最大運

行速度f

max​

的。3.由於tco,tsu是由具體的器件和工藝決定的,在設計電路時只可以改變tdelay,所以縮短觸發器之間組合邏輯的延時是提高同步電路速度的關鍵。由於一般的同步電路都不止有一級鎖存,而要使電路穩定工作,時鐘週期必須滿足最大延時要求,縮短最長延時路徑,才可以提高電路的工作頻率。

4.建立時間的約束和時鐘週期有關,當系統在高頻時鐘下無法工作時,降低時鐘頻率就可以使系統完成工作。

5.保持時間是乙個和時鐘週期無關的引數,但如果設計不合理,布局佈線無法產生高質量的時鐘樹,則無論怎樣調整,時鐘頻率也無法達到要求。

1.改善時延的主要方法是重定時,而流水線改善時延則是一種普遍的方法;

2.流水線優化時序的核心思想是:沿著資料通路引入流水線暫存器以縮短關鍵路徑的時延,從而降低整體組合邏輯的時延,提高系統吞吐率。

3.流水線應當按照如下原則安排:

(1)電路的執行速度(或時鐘週期)由任意兩個暫存器之間、乙個輸入與乙個暫存器之間、乙個暫存器與輸出之間或輸入輸出之間的路徑中,最長的路徑限定。

(2)最長路徑(或關鍵路徑)可以通過在架構中適當地插入或挪動流水線暫存器來縮短。

(3)流水線暫存器必須保證節點的輸入輸出時序不變,這是因為進行流水線優化時,電路中往往存在很多環路。

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