FPGA布局及資源優(yōu)化

1.項(xiàng)目需求

FPGA ：V7-690T兩片

Resource:兩片F(xiàn)PGA通過X12 gth互聯(lián)；每片F(xiàn)PGA使用48路serdes走光口與板外連接；每片F(xiàn)PGA使用SIROx4通過VPX與外界互聯(lián)；每片F(xiàn)PGA使用PCIE X8與板上CPU Intel XEON互聯(lián)；每片F(xiàn)PGA使用20對LVDS互聯(lián)；CPLD控制FPGA上電時(shí)序/CPU啟動(dòng)/FPGA加載；每片F(xiàn)PGA掛載2路4GB DDR3。

2.FPGA架構(gòu)設(shè)計(jì)問題

我們知道，F(xiàn)PGA片上分布著各種資源，如時(shí)鐘，serdes，RAM，LUT，IO等。在進(jìn)行FPGA規(guī)劃時(shí)候，應(yīng)當(dāng)需要知道項(xiàng)目設(shè)計(jì)需求，以及需求各模塊之間的數(shù)據(jù)交織情況，這樣可以避免后續(xù)FPGA RTL設(shè)計(jì)出現(xiàn)時(shí)序很難優(yōu)化的情況。

對應(yīng)這個(gè)情況，舉一個(gè)簡單的例子。如果一個(gè)FPGA工程中含有一個(gè)PCIE和一個(gè)DDR接口，并且，需要用到PCIE與外部設(shè)備進(jìn)行大量數(shù)據(jù)塊上傳和下載方面的傳輸。那么DDR作為PCIE的一個(gè)緩存接口，最優(yōu)的方案是在FPGA內(nèi)部對PCIE接口和DDR接口盡量靠近放置。這樣FPGA RTL設(shè)計(jì)的時(shí)候時(shí)序很容易達(dá)到最優(yōu)。在V7-690T FPGA中，可以將PCIE放置的最優(yōu)位置如下圖。

同時(shí)，我們也知道，在V7-690 FPGA中，DDR通?？梢苑胖玫奈恢每梢允荁ANK34/35/36和BANK36/37/38。這時(shí)綜合上述兩個(gè)條件，我們可以得到最優(yōu)放置PCIE和DDR的位置。使得FPGA內(nèi)部編譯通過率或者說時(shí)序最好。

下面是兩種不同放置方式得到的example design編譯結(jié)果圖。

3.前期碰到的問題

1）.時(shí)鐘優(yōu)化

在管腳驗(yàn)證的時(shí)候，本人將各個(gè)功能模塊都用XILINX FPGA的IP生成 example design并集成到一個(gè)工程下面，但是發(fā)現(xiàn)上面提出的功能集成下來FPGA的BUFG資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。下圖是FPGA example design各模塊BUFG資源需求情況。因此做了一些資源優(yōu)化。

a.前期驗(yàn)證中，發(fā)現(xiàn)SRIO是消耗BUFG資源最多的IP，因此能省出最多的BUFG。

b.DDR也消耗比較多時(shí)鐘，這個(gè)項(xiàng)目一個(gè)FPGA用到兩個(gè)DDR控制器，也能省出比較多BUFG。

2）.PCIE不是在所有serdes下都能放的，對V7-690，需要放置在特殊的SERDES處，這樣，實(shí)際PCIE 程序編譯時(shí)候，這個(gè)特殊的serdes里PCIE 特殊資源離得最近，編譯出來的時(shí)序報(bào)告是最好的。如若不然，需要設(shè)置PCIE IP內(nèi)部特殊參數(shù)，才能使得PCIE DEV被CPU看到，也就是PCIE link上。

3）.DDR布局也要參考數(shù)據(jù)是如何在FPGA內(nèi)部交織的，勁量靠近會(huì)用到大數(shù)據(jù)流量的模塊放置，這樣后期設(shè)計(jì)時(shí)序會(huì)好很多。

4）FPGA功耗估計(jì)問題。

這個(gè)可以在XILINX官網(wǎng)下載一個(gè)XPE Excel表格，很實(shí)用的，用一兩次就熟悉了。但是本人認(rèn)為這個(gè)工具對很多人也有個(gè)缺點(diǎn)，就是實(shí)際并不知道以后自己的代碼各種資源消耗有多少。所以可能評估不太準(zhǔn)。

本人是用example design工程查看編譯報(bào)告得出。當(dāng)涉及到調(diào)整溫度啊電流啊啥的時(shí)候，在vivado下需要打開implementation的結(jié)果后才可以改動(dòng)電流/溫度的值進(jìn)行評估的。

3.FPGA PCB布線時(shí)會(huì)遇到調(diào)整線序的問題。

1）這要根據(jù)項(xiàng)目需求看調(diào)整后的布局是否滿足項(xiàng)目需求，調(diào)整好后一定要原理圖工程師給出最新的原理圖，最后FPGA根據(jù)新布局重新驗(yàn)證管腳等。千萬不要口口相傳丟失了信息。

2）DDR換線序可以參照XILINX的MIG手冊，仔細(xì)核對的。

3) DDR PCB布線所需的管腳延時(shí)信息，可以通過新建一個(gè)空白工程，在空白工程的tcl下輸入如下命令：

link_design -part xc7k160tfbg676

write_csv flight_time

4.CPLD調(diào)試

1）CPLD控制FPGA上電順序，XILINX又一個(gè)check list，各位可以根據(jù)check list表格對硬件板卡進(jìn)行關(guān)鍵信號測量確認(rèn)，對上電時(shí)序進(jìn)行控制等。

2）對FPGA的配置控制也可以月底 xilinx ug470等。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：FPGA布局及資源優(yōu)化（開發(fā)隨筆）

文章出處：【微信公眾號：FPGA之家】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。