關(guān)于為FPGA和ASIC生成Verilog和VHDL代碼分析和應(yīng)用介紹

HDL Coder 利用 MATLAB 函數(shù)、Simulink 模型和 Stateflow 圖生成可移植、可綜合的 Verilog 和 VHDL 代碼。生成的 HDL 代碼可用于 FPGA 編程或 ASIC 原型開發(fā)和設(shè)計(jì)。

HDL Coder 提供了一個(gè) Workflow Advisor，可以自動(dòng)執(zhí)行 Xilinx 和 Altera FPGA 編程。您可以控制 HDL 架構(gòu)和實(shí)施、突出顯示關(guān)鍵路徑，并估算硬件資源利用率。HDL Coder 在 Simulink 模型與生成的 Verilog 和 VHDL 代碼之間提供了可追溯性，使高完整性應(yīng)用程序的代碼驗(yàn)證遵守 DO-254 和其他標(biāo)準(zhǔn)。

主要特性

獨(dú)立于目標(biāo)的、可綜合的 VHDL 和 Verilog 代碼

代碼生成支持MATLAB 函數(shù)、系統(tǒng)對(duì)象以及 Simulink 模塊

使用 Stateflow 實(shí)施 Mealy 和 Moore 有限狀態(tài)機(jī)以及控制邏輯

用于 Xilinx 和 Altera 應(yīng)用程序面板編程的 Workflow Advisor

資源共享和重定時(shí)，用以平衡面積速度

符合 DO-254 的代碼到模型和模型到代碼可追溯性

舊有代碼集成

使用 HDL Coder 從 MATLAB 或 Simulink 生成 HDL 代碼。您可以使用 MATLAB 函數(shù)、Simulink 模型或?qū)烧呓Y(jié)合使用來生成可綜合的 VHDL 和 Verilog 代碼。

主要功能

1.生成HDL代碼

使用 HDL Coder，只需幾個(gè)步驟便可為 FPGA 和 ASIC 實(shí)施生成可綜合的 HDL 代碼：

將 MATLAB 代碼、Simulink 模塊和 Stateflow 圖組合使用，進(jìn)行設(shè)計(jì)建模。

優(yōu)化模型以滿足面積速度設(shè)計(jì)目標(biāo)。

使用為 MATLAB 和 Simulink 集成的 HDL Workflow Advisor 生成 HDL 代碼。

使用 HDL Verifier 驗(yàn)證生成的代碼。

2.優(yōu)化 HDL 代碼

在 MATLAB 或 Simulink 中，通過采用分布式流水線、流式處理和資源共享，可以優(yōu)化 HDL 代碼以實(shí)現(xiàn)速度面積目標(biāo)。在 MATLAB 中，您可以使用高級(jí)循環(huán)優(yōu)化，如循環(huán)流和循環(huán)展開，用于包含 for 循環(huán)或矩陣運(yùn)算的 MATLAB 設(shè)計(jì)。您可以將 MATLAB 代碼中的持續(xù)陣列或矩陣變量映射到 Block RAM。在 Simulink 中，您可以實(shí)施信號(hào)處理和多媒體應(yīng)用中常用的多聲道設(shè)計(jì)和序列化技術(shù)。

適用于 MATLAB 的 HDL Workflow Advisor 提供了多個(gè)優(yōu)化選項(xiàng)，如 RAM 映射、流水線、資源共享和循環(huán)展開

面積速度優(yōu)化。用一個(gè)乘法器取代四個(gè)乘法器，降低了設(shè)計(jì)面積成本，數(shù)據(jù)率提升4倍。

3. FPGA 設(shè)計(jì)自動(dòng)化

HDL 中的 HDL Workflow Advisor 可以自動(dòng)執(zhí)行將 MATLAB 算法和 Simulink 模型實(shí)施到 Xilinx 和 Altera FPGA 的工作流程。HDL Workflow Advisor 集成了 FPGA 設(shè)計(jì)流程的所有步驟，包括：

檢查 Simulink 模型的 HDL 代碼生成兼容性

生成 HDL 代碼、HDL 測(cè)試工作臺(tái)和協(xié)同仿真模型

通過與 Xilinx ISE 和 Altera Quartus II 集成，執(zhí)行合成和時(shí)序分析

估算設(shè)計(jì)中的資源使用

使用關(guān)鍵路徑時(shí)序回注 Simulink 模型

使用關(guān)鍵路徑時(shí)序回注 Simulink 模型。HDL Workflow Advisor 會(huì)在 Simulink 中突出顯示關(guān)鍵路徑時(shí)序，以幫助識(shí)別速度瓶頸并提高設(shè)計(jì)性能。

您可以查看合成后時(shí)序報(bào)告并回注 Simulink 模型，以識(shí)別時(shí)序約束瓶頸。與合成工具的這一集成實(shí)現(xiàn)了快速設(shè)計(jì)迭代，并顯著縮短了 FPGA 設(shè)計(jì)周期時(shí)間。

4.驗(yàn)證 HDL 代碼

HDL Coder 可以生成 VHDL 和 Verilog 測(cè)試工作臺(tái)以快速驗(yàn)證生成的 HDL 代碼。您可以使用各種選項(xiàng)自定義 HDL 測(cè)試工作臺(tái)，測(cè)試HDL 代碼。您還可以生成腳本文件，在 HDL 仿真器中自動(dòng)處理代碼編譯和仿真。

HDL Coder 與 HDL Verifier 配套使用，可以自動(dòng)生成兩類協(xié)同仿真模型：

HDL 協(xié)同仿真模型，用于使用 Simulink 和 HDL 仿真器（如 Cadence Incisive 或 Mentor Graphics ModelSim 和 Questa）執(zhí)行 HDL 協(xié)同仿真

FPGA 在環(huán) (FIL) 協(xié)同仿真模型，用于使用 Simulink 和 FPGA 板驗(yàn)證設(shè)計(jì)

自動(dòng)生成 FPGA 在環(huán) (FIL) 模型，用于視頻銳化。FIL 仿真可以在硬件上高效地執(zhí)行設(shè)計(jì)空間探查。

5. 記錄和追蹤HDL 代碼

HDL Coder 會(huì)將生成的代碼記錄在 HTML 報(bào)告中，該報(bào)告包括帶超鏈接 的HDL 代碼和生成的 HDL 文件表。通過 HDL 代碼中的超鏈接，可以導(dǎo)航到與代碼對(duì)應(yīng)的 MATLAB 算法或 Simulink 模塊。

為滿足 DO-254 等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高完整性應(yīng)用程序的代碼可追溯性要求，HDL Coder 讓您能夠執(zhí)行以下操作：

從生成的 HDL 代碼導(dǎo)航到 MATLAB 代碼

在 Simulink 模塊與生成的 HDL 代碼之間導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)雙向追蹤

插入用戶注釋和描述，增加代碼可讀性

MATLAB 中的代碼生成報(bào)告，使您可以從生成的 VHDL 和 Verilog 代碼導(dǎo)航到 MATLAB 代碼。

將 Simulink Verification and Validation 與 HDL Coder 搭配使用，可以將系統(tǒng)需求作為注釋嵌入到從 Simulink 或 Stateflow 生成的 HDL 代碼中。這樣，您便可以使整個(gè)工作流程完全透明，包括從系統(tǒng)需求到生成的 HDL 代碼。

Simulink 中的 HDL 代碼生成報(bào)告，使您可以在模型與生成的 HDL 代碼之間導(dǎo)航。

6.HDL 編碼標(biāo)準(zhǔn)

用于工業(yè) FPGA 和 ASIC 應(yīng)用（如航空航天工業(yè)中的 DO-254）的開發(fā)過程可能建議使用特定的 RTL 編碼指南。HDL Coder 旨在生成滿足通用行業(yè)編碼指南（如 RMM 和 STARC）的 VHDL 和 Verilog 代碼。HDL Coder 還可生成報(bào)告，幫助您確定 Simulink 模型和 MATLAB 代碼中不合適的結(jié)構(gòu)，這樣您可以調(diào)整您的模型，使生成的 RTL 符合這些編碼指南。

HDL Coder 還可以生成第三方 lint 工具腳本，用于檢查您生成的 HDL 代碼。HDL Coder 自動(dòng)生成的代碼可通過多種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 lint 工具的檢查，例如Atrenta SpyGlass, Real Intent Ascent Lint, Synopsys Leda, 和 Mentor Graphics HDL Designer。HDL Coder 可生成允許與任何 lint 工具集成的自定義腳本。

使用 HDL Coder 生成的代碼遵循 RTL 編碼原則，通過：

避免 FSM 狀態(tài)可訪問性和編碼問題

避免仿真和綜合語義之間的差異

避免在實(shí)現(xiàn)代價(jià)高昂的操作

避免下游工具流問題

遵循命名規(guī)則和RTL編碼習(xí)慣

強(qiáng) RTL 建模的清晰度并降低復(fù)雜性

增強(qiáng)對(duì)時(shí)鐘資源（時(shí)鐘、啟用、復(fù)位）和控制信號(hào)的檢查

支持代碼的可測(cè)性和可追溯性