如何开展FPGA/SoC架构设计工作

本篇整理自Adam Taylor的设计教学博客。

在我写的大多数博客里，都演示或解释了FPGA/SoC的设计细节技术。但是这篇文章将有所不同，因为在这里我要提出另外一个问题。

你该如何开始做可编程逻辑设计的架构?

在我有一次同时在为三个FPGA项目设计架构(作为卫星开发的一部分)时，这个问题浮现在我的脑海中。当然，由于最终应用场景的原因，该架构受到了主承包商和航天局的多次审查。因此，我将尽可能详细的画出架构图，以便让我的设计团队可以很轻松地从中进行工作。

尽可能详细地画出架构图，在本子上就可以

可编程逻辑的架构设计可能非常复杂，因此好的架构通常要定义以下几个元素：

1.模块需要实现所需的功能，当然，这些模块也可以包含层次结构。

2.每个模块接收时钟和时钟使能，必须考虑如果信号跨越多个时钟域时的跨时钟域需求。

3.每个模块收到的复位。就像时钟一样，必须考虑每个模块的复位要求。

4.架构中每个模块接口信号相互连接

高效的架构和实现应尽可能利用供应商的现有IP核。确定可以在整个体系结构中重用的模块也是明智的，例如控制算法或通信总线。我的设计中有3个FPGA需要构建，因此识别可以通用的模块将在开发和验证过程中节省大量时间。

接口重用十分划算，因为它是标准化模块。使用标准接口(例如AXI，AXI Stream和APB)作为模块接口，可以在多个设计中轻松复用。在我的这个项目中，可能不需要复用IP核，但在将来的开发中可能需要相同的功能。

在我的复杂接口(如ADC/DAC接口、AXI或存储接口)架构图中，我更喜欢使用一类接口类型，该类型包含所有较低级别的信号。然后可以在体系结构文档中定义接口类和所有信号。这种方法有几个优点：它使架构图更简单，并使修改(例如 信号添加或重命名)只需要在一个位置进行。

各种接口类型的定义

信号列表和时序图

在创建架构时，我的传统方法是从笔和纸开始，勾勒出主要的设计模块和关键界面。完成此操作后，我将使用Visio将其电子图形化，以使其添加在文档中时看起来更加专业。

当然，此图需要显示块之间的所有信号和信号类别。理想情况下，工程师应能够拾取架构和架构文档，并根据其角色开始开发或验证。

在研究架构时，我对其他工程师如何开发可编程逻辑架构感到好奇，因此我在多个FPGA讨论板/论坛上提出了问题并收到了很多有趣的回答。大多数受访者表示他们使用了常见的图纸设计套件，包括：

· Microsoft Visio (https://www.microsoft.com/en-gb/microsoft-365/visio/flowchart-software

· draw.io (https://app.diagrams.net/)

· yED (https://www.yworks.com/products/yed)

· Dia (http://dia-installer.de)

· OmniGraffle (https://www.omnigroup.com/omnigraffle)

· LibreOffice Draw (https://www.libreoffice.org/discover/draw/)

· Gliffy Diagrams for Confluence (https://marketplace.atlassian.com/apps/254/gliffy-diagrams-for-confluence)

· Lucidchart (https://www.lucidchart.com/)

· XMind (https://www.xmind.net/)

我们可以使用这里所有的绘图包创建漂亮的架构图，有趣的是，有几个人回答说他们使用Symbolator，而我并不熟悉。

Symbolator是Windows和Linux中的命令行工具，它将读取VHDL、Verilog和组件声明然后生成组件图。然后可以在您首选的图纸包中使用这些symbol。

直接安装Symbolator。我们可以使用pip进行安装，并注意您安装的时候可能需要安装一些其他软件，包括Pycairo，PyGObject和Python-gi-cairo。完成此操作后，您可以使用各种不同格式和表示样式的组件声明创建组件symbol。

自从我学习到有关Symbolator的知识以来，我感觉这工具还挺好用，于是决定将它用到我正在设计的三个架构工作中。

用Symbolator进行block设计

Symbolator的介绍地址：https://kevinpt.github.io/symbolator/

我非常喜欢使用清晰的时钟和数据接口组定义来创建block。这一次，我使用Symbolator和Visio完成了架构设计，但对于各位架构师来说，每个人都有每个人的习惯。大家更习惯如何开展FPGA/SoC架构设计工作呢?

原文标题：你一般如何做可编程逻辑设计的架构?

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审核编辑：汤梓红