FPGA设计中逻辑复制的使用

FPGA设计中逻辑复制的使用在FPGA设计中经常使用到逻辑复制，逻辑复制也用在很多场合。1．

信号驱动级数非常大，扇出很大，需要增加驱动力逻辑复制最常使用的场合时调整信号的扇出。如果某个信号需要驱动后级很多单元，此时该信号的扇出非常大，那么为了增加这个信号的驱动能力，一种办法就是插入多级Buffer，但是这样虽然能增加驱动能力，但是也增加了这个信号的路径延时。为了避免这种情况这时可以复制生成这个信号的逻辑，用多路同频同相的信号驱动后续电路，使平均到每路的扇出变低，这样不需要插入Buffer就能满足驱动能力增加的要求，从而节约该信号的路径延时。如从图1.1到图1.2转变所示。

图1.1

逻辑复制前

图1.2

逻辑复制后由于现在综合器都已经非常智能，此种场合的逻辑复制工作大多由综合器完成，不需要人手动调整。各大FPGA厂商的综合器以及第三方综合器都有这种功能。2．

FPGA中需要做很多重复工作在某些FPGA设计中，需要很多重复设计的时候，这时候逻辑复制也就有用了。例如：在某个特殊应用场合需要设计方向可以任意改变的240位宽的三态IO管脚。我们先看看常用的一个位宽的三态管脚怎么设计。

moduleinout_interface(dat_in,io_out,io_dir,dat_out);inputdat_in;inputio_dir;outputdat_out;inoutio_out;assignio_out=io_dir?dat_in:1'bz;assigndat_out=io_out;endmodule

如上述程序所示为单个双向IO口的典型设计代码，中间由IO输入方向控制数据和高阻之间的切换，难题出现了，怎么设计240位宽的双向IO口呢？难道如下列程序所示：

moduleinout_interface(dat_in,io_out,io_dir,dat_out);input[239:0]dat_in;input[239:0]io_dir;output[239:0]dat_out;inout[239:0]io_out;assignio_out=io_dir?dat_in:240'bz;assigndat_out=io_out;endmodule

显然这样是不行的，因为当io_dir为240位的时候只有当全为0的时候此式才为假，其余时候都为真，显然达不到想要的每个IO都是双向口的设计。修改代码如下：

moduleinout_interface(dat_in,io_out,io_dir,dat_out);input[239:0]dat_in;input[239:0]io_dir;output[239:0]dat_out;inout[239:0]io_out;assignio_out[0]=io_dir[0]?dat_in[0]:1'bz;assigndat_out[0]=io_out[0];assignio_out[1]=io_dir[1]?dat_in[1]:1'bz;assigndat_out[1]=io_out[1];assignio_out[2]=io_dir[2]?dat_in[2]:1'bz;assigndat_out[2]=io_out[2];..//此处略去1万行.assignio_out[239]=io_dir[239]?dat_in[239]:1'bz;assigndat_out[239]=io_out[239];endmodule显然这种办法能实现240位宽的独立方向控制IO，但是估计写代码要累死人，有没得更好的办法呢？当然有，在verilog2001中有个逻辑复制语法——generate，可以对verilog模块进行无限复制。有了这个模块我们即可轻松通过逻辑复制来达到我们的要求了。

//单个双向IO实现模块modulepin_inout(indat,indir,outdat,outdatin);inputindat;inputindir;inoutoutdat;outputoutdatin;assignoutdat=indir?indat:1'bz;assignoutdatin=outdat;endmodulemoduleinout_interface(dat_in,io_out,io_dir,dat_out);input[239:0]dat_in;input[239:0]io_dir;output[239:0]dat_out;inout[239:0]io_out;//逻辑复制240次genvari;generatefor(i=0;i<240;i=i+1)begin:pin_looppin_inoutpin_inout_inst(.indat(dat_in[i]),.indir(io_dir[i]),.outdat(io_out[i]),.outdatin(dat_out[i]));endendgenerat