EDA 第8章 系統(tǒng)優(yōu)化和時(shí)序分析

1、EDA技術(shù)實(shí)用教程技術(shù)實(shí)用教程第第8 8章章 系統(tǒng)優(yōu)化和時(shí)序分析系統(tǒng)優(yōu)化和時(shí)序分析 8.1 資資 源源 優(yōu)優(yōu) 化化 8.1.1 資源共享資源共享 8.1 資資 源源 優(yōu)優(yōu) 化化 8.1.1 資源共享資源共享 8.1 資資 源源 優(yōu)優(yōu) 化化 8.1.1 資源共享資源共享 8.1 資資 源源 優(yōu)優(yōu) 化化 8.1.1 資源共享資源共享 8.1 資資 源源 優(yōu)優(yōu) 化化 8.1.1 資源共享資源共享 8.1 資資 源源 優(yōu)優(yōu) 化化 8.1.2 邏輯優(yōu)化邏輯優(yōu)化 8.1 資資 源源 優(yōu)優(yōu) 化化 8.1.2 邏輯優(yōu)化邏輯優(yōu)化 8.1 資資 源源 優(yōu)優(yōu) 化化 8.1.3 串行化串行化 15:0Q15:01:1

2、6D15:0+15:015:01:1615:015:0*7:015:07:0*7:015:07:0*7:015:07:0*7:015:07:0yout15:015:0b37:07:0b27:07:0b17:07:0b07:07:0a37:07:0a27:07:0a17:07:0a07:07:0clk8.1 資資 源源 優(yōu)優(yōu) 化化 8.1.3 串行化串行化 接下頁(yè)接下頁(yè)8.1 資資 源源 優(yōu)優(yōu) 化化 8.1.3 串行化串行化 接上頁(yè)接上頁(yè)8.2 速速 度度 優(yōu)優(yōu) 化化 8.2.1 流水線(xiàn)設(shè)計(jì)流水線(xiàn)設(shè)計(jì) 8.2 速速 度度 優(yōu)優(yōu) 化化 8.2.1 流水線(xiàn)設(shè)計(jì)流水線(xiàn)設(shè)計(jì) 8.2 速速 度度 優(yōu)優(yōu) 化

3、化 8.2.1 流水線(xiàn)設(shè)計(jì)流水線(xiàn)設(shè)計(jì) 8.2 速速 度度 優(yōu)優(yōu) 化化 8.2.1 流水線(xiàn)設(shè)計(jì)流水線(xiàn)設(shè)計(jì) 8.2 速速 度度 優(yōu)優(yōu) 化化 8.2.1 流水線(xiàn)設(shè)計(jì)流水線(xiàn)設(shè)計(jì) 8.2 速速 度度 優(yōu)優(yōu) 化化 8.2.1 流水線(xiàn)設(shè)計(jì)流水線(xiàn)設(shè)計(jì) 8.2 速速 度度 優(yōu)優(yōu) 化化 8.2.2 寄存器配平寄存器配平 8.2 速速 度度 優(yōu)優(yōu) 化化 8.2.2 寄存器配平寄存器配平 8.2 速速 度度 優(yōu)優(yōu) 化化 8.2.3 關(guān)鍵路徑法關(guān)鍵路徑法 8.2 速速 度度 優(yōu)優(yōu) 化化 8.2.4 乒乓操作法乒乓操作法 8.2 速速 度度 優(yōu)優(yōu) 化化 8.2.5 加法樹(shù)法加法樹(shù)法 加法樹(shù)速度優(yōu)化技術(shù)部分類(lèi)似于流水線(xiàn)法。

4、加法樹(shù)速度優(yōu)化技術(shù)部分類(lèi)似于流水線(xiàn)法。2輸入加法樹(shù)結(jié)構(gòu)輸入加法樹(shù)結(jié)構(gòu)若將加法樹(shù)逐級(jí)拓展，可以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的樹(shù)結(jié)構(gòu)。若將加法樹(shù)逐級(jí)拓展，可以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的樹(shù)結(jié)構(gòu)。8.3 優(yōu)化設(shè)置與時(shí)序分析優(yōu)化設(shè)置與時(shí)序分析 8.3.1 使用使用Design Assistant檢查設(shè)計(jì)可靠性檢查設(shè)計(jì)可靠性 8.3 優(yōu)化設(shè)置與時(shí)序分析優(yōu)化設(shè)置與時(shí)序分析 8.3.2 增量布局布線(xiàn)控制設(shè)置增量布局布線(xiàn)控制設(shè)置 8.3 優(yōu)化設(shè)置與時(shí)序分析優(yōu)化設(shè)置與時(shí)序分析 8.3.3 時(shí)序設(shè)置與分析時(shí)序設(shè)置與分析 8.3 優(yōu)化設(shè)置與時(shí)序分析優(yōu)化設(shè)置與時(shí)序分析 8.3.4 查看時(shí)序分析結(jié)果查看時(shí)序分析結(jié)果 8.3 優(yōu)化設(shè)置與時(shí)序分析優(yōu)化設(shè)置與時(shí)序

5、分析 8.3.5 適配優(yōu)化設(shè)置示例適配優(yōu)化設(shè)置示例 （1）建立工程）建立工程 （2）打開(kāi)）打開(kāi)Assignment Editor對(duì)話(huà)框?qū)υ?huà)框 8.3 優(yōu)化設(shè)置與時(shí)序分析優(yōu)化設(shè)置與時(shí)序分析 8.3.5 適配優(yōu)化設(shè)置示例適配優(yōu)化設(shè)置示例 （3）選項(xiàng)設(shè)置）選項(xiàng)設(shè)置 8.3 優(yōu)化設(shè)置與時(shí)序分析優(yōu)化設(shè)置與時(shí)序分析 8.3.6 LogicLock優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化技術(shù) Quartus II提供了一種非常優(yōu)秀的優(yōu)化技術(shù)，即邏輯鎖定技術(shù)提供了一種非常優(yōu)秀的優(yōu)化技術(shù)，即邏輯鎖定技術(shù)（Logic Lock）。）。Quartus II支持邏輯鎖定技術(shù)的支持邏輯鎖定技術(shù)的FPGA器件系列有器件系列有APEX20K、APEX

6、II、Excalibur、Cyclone/II/III和和Stratix/II/III等。等。習(xí)題習(xí)題8-1 利用資源共享的面積優(yōu)化方法對(duì)例利用資源共享的面積優(yōu)化方法對(duì)例8-9程序進(jìn)行優(yōu)化（僅要求在面積程序進(jìn)行優(yōu)化（僅要求在面積上優(yōu)化）。上優(yōu)化）。 習(xí)題習(xí)題8-2 試通過(guò)優(yōu)化邏輯的方式對(duì)圖試通過(guò)優(yōu)化邏輯的方式對(duì)圖8-20所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，給出所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，給出VHDL代代碼和結(jié)構(gòu)圖。碼和結(jié)構(gòu)圖。 習(xí)題習(xí)題8-3 已知已知4階直接型階直接型FIR濾波器的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：濾波器的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：y( n)=x(n)h(0)+x(n-1)+x(n-2)h(2)+x(n-3)h(3)x(n)與

7、與 x(n-m)，m=0，1，2，3是延遲關(guān)系，是延遲關(guān)系，m表示延遲的表示延遲的clk 數(shù)。數(shù)。x(n-m)與與h(m)的位寬均為的位寬均為8位，位，y(n )為為10位，其中位，其中h(m)在模塊例化后為常數(shù)。該模塊的在模塊例化后為常數(shù)。該模塊的輸入為輸入為x(n) 、clk ，輸出為，輸出為y (n)，試實(shí)現(xiàn)該邏輯。，試實(shí)現(xiàn)該邏輯。8-4 對(duì)習(xí)題對(duì)習(xí)題8-3中的中的FIR濾波器在速度上進(jìn)行優(yōu)化濾波器在速度上進(jìn)行優(yōu)化(在在h(m)固定的情況下固定的情況下)，試采用，試采用流水線(xiàn)技術(shù)。流水線(xiàn)技術(shù)。8-5 利用利用FLEX的的LUT結(jié)構(gòu)，構(gòu)建資源占用較小的常數(shù)乘法器，改進(jìn)習(xí)題結(jié)構(gòu)，構(gòu)建資源占用

8、較小的常數(shù)乘法器，改進(jìn)習(xí)題8-3和習(xí)和習(xí)題題8-4的設(shè)計(jì)，減少模塊的資源使用。的設(shè)計(jì)，減少模塊的資源使用。8-6 若對(duì)速度要求不高，但目標(biāo)芯片的容量較小，試把習(xí)題若對(duì)速度要求不高，但目標(biāo)芯片的容量較小，試把習(xí)題8-3中的中的FIR濾波器濾波器用串行化的方式實(shí)現(xiàn)。用串行化的方式實(shí)現(xiàn)。8-7 設(shè)計(jì)一個(gè)連續(xù)乘法器，輸入為設(shè)計(jì)一個(gè)連續(xù)乘法器，輸入為a0、a1、a2、a3，位寬各為，位寬各為8位，輸出位，輸出rout為為32位，完成位，完成rout=a0*a1*a2*a3。試實(shí)現(xiàn)之。試實(shí)現(xiàn)之。8-8 對(duì)習(xí)題對(duì)習(xí)題8-7進(jìn)行優(yōu)化，判斷以下實(shí)現(xiàn)方法中哪種方法更好？進(jìn)行優(yōu)化，判斷以下實(shí)現(xiàn)方法中哪種方法更好？（

9、1）rout=(a0 * a1) * a2) * a3（2）rout=(a0 * a1) * (a2 * a3)8-9 為提高速度，對(duì)習(xí)題為提高速度，對(duì)習(xí)題8-8中的前一種方法加上流水線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。中的前一種方法加上流水線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。8-10 試對(duì)以上的習(xí)題解答通過(guò)設(shè)置試對(duì)以上的習(xí)題解答通過(guò)設(shè)置Quartus II相關(guān)選項(xiàng)的方式，提高速度，減相關(guān)選項(xiàng)的方式，提高速度，減小面積。小面積。 實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)8-1 采用流水線(xiàn)技術(shù)設(shè)計(jì)高速數(shù)字相關(guān)器采用流水線(xiàn)技術(shù)設(shè)計(jì)高速數(shù)字相關(guān)器（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）實(shí)驗(yàn)原理：）實(shí)驗(yàn)原理：（3）實(shí)驗(yàn)任務(wù)）實(shí)驗(yàn)任務(wù)1： 實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)8-1

10、采用流水線(xiàn)技術(shù)設(shè)計(jì)高速數(shù)字相關(guān)器采用流水線(xiàn)技術(shù)設(shè)計(jì)高速數(shù)字相關(guān)器（4）實(shí)驗(yàn)任務(wù)）實(shí)驗(yàn)任務(wù)2：（5）實(shí)驗(yàn)任務(wù)）實(shí)驗(yàn)任務(wù)3：（6）實(shí)驗(yàn)任務(wù)）實(shí)驗(yàn)任務(wù)4：（7）思考題：）思考題：（8）實(shí)驗(yàn)報(bào)告：）實(shí)驗(yàn)報(bào)告： 實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)8-2 線(xiàn)性反饋移位寄存器設(shè)計(jì)線(xiàn)性反饋移位寄存器設(shè)計(jì)（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）實(shí)驗(yàn)原理：）實(shí)驗(yàn)原理： （3）實(shí)驗(yàn)任務(wù)：）實(shí)驗(yàn)任務(wù)： 實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)8-2 線(xiàn)性反饋移位寄存器設(shè)計(jì)線(xiàn)性反饋移位寄存器設(shè)計(jì)（4）思考題）思考題1: （5）思考題）思考題2：（6）實(shí)驗(yàn)報(bào)告：）實(shí)驗(yàn)報(bào)告： 實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)8-3 循環(huán)冗余校驗(yàn)（循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）模塊設(shè)計(jì)）模塊設(shè)計(jì)（1

11、）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）實(shí)驗(yàn)原理：）實(shí)驗(yàn)原理： 實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)8-3 循環(huán)冗余校驗(yàn)（循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）模塊設(shè)計(jì)）模塊設(shè)計(jì)（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）實(shí)驗(yàn)原理：）實(shí)驗(yàn)原理： 接下頁(yè)接下頁(yè)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)8-3 循環(huán)冗余校驗(yàn)（循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）模塊設(shè)計(jì)）模塊設(shè)計(jì)（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）實(shí)驗(yàn)原理：）實(shí)驗(yàn)原理： 接上頁(yè)接上頁(yè)接下頁(yè)接下頁(yè)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)8-3 循環(huán)冗余校驗(yàn)（循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）模塊設(shè)計(jì)）模塊設(shè)計(jì)（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）實(shí)驗(yàn)原理：）實(shí)驗(yàn)原理： 接上頁(yè)接上頁(yè)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)8-3 循環(huán)冗余校驗(yàn)（循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）模塊設(shè)計(jì)）模塊

12、設(shè)計(jì)（3）實(shí)驗(yàn)任務(wù)）實(shí)驗(yàn)任務(wù)1：（4）實(shí)驗(yàn)任務(wù)）實(shí)驗(yàn)任務(wù)2：（5）思考題）思考題1：（6）思考題）思考題2：（7）思考題）思考題3：（8）實(shí)驗(yàn)報(bào)告：）實(shí)驗(yàn)報(bào)告： 實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)8-4 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)3級(jí)流水線(xiàn)級(jí)流水線(xiàn)16位加法器位加法器實(shí)驗(yàn)任務(wù)：實(shí)驗(yàn)任務(wù)：根據(jù)根據(jù)8.2.1介紹的方法，設(shè)計(jì)具有介紹的方法，設(shè)計(jì)具有3級(jí)流水線(xiàn)的級(jí)流水線(xiàn)的16位加法器。在位加法器。在Quartus II上仿真上仿真驗(yàn)證，并通過(guò)驗(yàn)證，并通過(guò)Quartus II的相關(guān)編譯報(bào)告比較無(wú)流水線(xiàn)（可以加一級(jí)鎖存器以利的相關(guān)編譯報(bào)告比較無(wú)流水線(xiàn)（可以加一級(jí)鎖存器以利比較）和有比較）和有3級(jí)流水線(xiàn)的級(jí)流水線(xiàn)的16位加法器的數(shù)據(jù)處理

13、速度及資源占用情況。位加法器的數(shù)據(jù)處理速度及資源占用情況。實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)8-5 基于基于DES數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)的加解密系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)的加解密系統(tǒng)設(shè)計(jì) （1）實(shí)驗(yàn)原理：）實(shí)驗(yàn)原理：（2）實(shí)驗(yàn)任務(wù)：）實(shí)驗(yàn)任務(wù)： 實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)8-6 SPWM脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （1）實(shí)驗(yàn)原理：）實(shí)驗(yàn)原理： 實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)8-6 SPWM脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （1）實(shí)驗(yàn)原理：）實(shí)驗(yàn)原理： 實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)8-6 SPWM脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1：演示示例：演示示例：/KX_7C5EE+/EXPERIMENT

14、s/EXP33_PWM_GENERATOR/ 。（3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2：設(shè)計(jì)示例：設(shè)計(jì)示例：/KX_7C5EE+/EXPERIMENTs/EXP37_SPWM_Basic/實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)8-6 SPWM脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1：演示示例：演示示例：/KX_7C5EE+/EXPERIMENTs/EXP33_PWM_GENERATOR/ 。（3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2：設(shè)計(jì)示例：設(shè)計(jì)示例：/KX_7C5EE+/EXPERIMENTs/EXP37_SPWM_Basic/（4）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3：（5）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4： 實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)8-7 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制電路設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制電路設(shè)計(jì)（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）實(shí)驗(yàn)原理：）實(shí)驗(yàn)原理： 1. 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理 2步距細(xì)分的系統(tǒng)構(gòu)成步距細(xì)分的系統(tǒng)構(gòu)成 3. 細(xì)分驅(qū)動(dòng)性