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FPGA研制之道(10)架构规划闲谈(五)数字电路的魂灵-流水线

流水线,最早为人熟知,起源于十九世纪初的福特汽车工厂,富有远见的福特,改变了那种人围着汽车转、负责各个环节的生产模式,转变成了流动的汽车组装线和固定操作的人员。于是,工厂的一头是不断输入的橡胶和钢

  流水线,最早为人熟知,起源于十九世纪初的福特轿车工厂,赋有远见的福特,改动了那种人围着轿车转、担任各个环节的出产形式,改动成了活动的轿车组装线和固定操作的人员。所以,工厂的一头是不断输入的橡胶和钢铁,工厂的另一头则是一辆辆正在下线的轿车。这种改动,不光提高了功率,更是拉开了工业时代大出产的前奏。

  现在,这种形式常常应用于数字电路的规划之中,与现在流驱动的FPGA架构不约而同。举例来说:某规划输入为A种数据流,而输出则是B种数据流,其流水架构如下所示:

  

 

  每个模块只担任处理其间的一部分,这种处理的长处是,1、简化规划,每个模块只担任其间的一个功用,便于功用和模块区分。2,时序优化,流水的处理便于进行时序的优化,特别是处理杂乱的逻辑,能够经过流水规划,改进要害途径,提高处理频率,并能提高处理功能。

  各个流水线之间的衔接方法也可经过多种方法,假如是处理的是数据块,流水模块之间能够经过FIFO或许RAM进行数据暂存的方法进行直接衔接、也能够经过寄存器直接透传。也可经过某些支撑brust传输的常用业界规范总线接口进行点对点的互联,例如AHB,WISHBONE,AVALON-ST等接口,这种规划的长处是规范化,便于模块根据规范接口复用。每个模块的接纳接口为从接口(SLAVE),而发送接口为主接口(MASTER)。

  架构流水的长处一望而知,但另一个问题,关于某些规划就需求慎重处理,那便是时延。关于进入流水线的信息A,假如接入的流水处理的模块越多,其输出时的时延也越高,因而如对处理时延要要求的规划就需求在架构规划时,慎重对待添加流水线。架构规划时,能够经过处理各个单元之间的延时估量,然后评价体系的时延,防止终究不能满意时延短的需求,返回来修正架构。

  流水架构在另种规划中则力不从心,那便是带反应的规划,如下图所示:

  

 

  图中,需求处理模块的输入,需求上一次核算后的成果的值,也便是输出要反应回规划的输入。例如某帧图画的解压需求解压所后的上一帧的值,才干核算得出。此刻,流水的处理就不能运用,若强行添加流水,则输入需等候。

  

 

  如上图中,如在需反应的规划中强加流水,则输入信息Ai需求等候Ai-1处理完毕后,再进行输入,则处理模块1,就只能等候(闲暇)。因而,问题呈现了,流水线等候实际上便是其流水处理的的作用没有到达,白白浪费了逻辑和规划。

  流水应用在调用式的规划中,能够经过接口与处理流水并行到达。即写入、处理、读出等操作能够做到流水式架构,然后添加处理的才能。

  流水是FPGA架构规划中一种常用的手法,经过合理区分流水层次,简化规划,优化时序。一起流水在模块规划中也是一种常用的手法和技巧。这将在后续重连续介绍。,流水自身简略易懂,而真实能在规划中活用,就需求对FPGA所处理的事务有着深入的了解。正如那就话,知晓简单,饯别不易,且行且爱惜。

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