FPGA工程師怎么把算法用RTL實現(xiàn)？FPGA工程師實現(xiàn)算法的時候科學步驟是什么,？FPGA的開發(fā)設計怎樣進行仿真驗證,？

        群友們提到一個很多人都會遇到的現(xiàn)實問題：

　　“把一個算法用RTL實現(xiàn),，有哪些比較科學的步驟？第一步干什么,？第二步干什么,？第三步干什么……？”

　　這個問題,，對于FPGA,、ASIC等邏輯電路設計人員來講，是非常重要的問題,。

　　通常來講,，我們做算法實現(xiàn)，需要有對標的算法模型,，作為驗證硬件邏輯設計是否正確的參考依據,。

　　我們首先要根據實際需求，針對某方面的信號處理問題,，做一個鏈路級或模塊級快速仿真驗證設計,。最常見的比如通過MATLAB/C/C++等軟件環(huán)境進行設計和驗證。

　　軟件環(huán)境可以快速搭建仿真模型,，并且進行驗證,，為硬件RTL實現(xiàn)提供參考依據。在具體算法設計時,，必須考慮數(shù)據流的處理過程：數(shù)據從哪里來,，數(shù)據需要經過哪些步驟處理，處理之后送到哪里,。

　　接下來,，我們需要將MATLAB、C++等算法模型由浮點轉為定點,，這個工作可以做好之后再去做邏輯設計,，也可以省略，但一定要清楚是如何定點的,。

　　做好算法設計后,，需要進行性能評估，看是否符合預期要求,，不符合則進一步優(yōu)化,，或者換一種設計方法。

　　在做邏輯實現(xiàn)之前,，還有一個重要工作,，就是對算法處理步驟進行一步一步分解，解決如何從a到b再到c的過程，落實到加減乘除,。

　　當算法實際滿足要求后,，則考慮邏輯實現(xiàn)的問題。

　　首先,，建議采用自頂向下的設計思想,，進行系統(tǒng)架構設計，明確整個處理過程,，需要執(zhí)行哪些功能,，涉及哪些接口。

　　接下來,，選芯片器件,，評估資源占用情況,，評估需要用多少乘法器,，除法器，DSP,，BRAM,，GT等。

　　其次,，評估處理時間要求,，是否需要實時性處理，給予多少時間來處理,，進而評估所需時鐘頻率,，以及是否需要存在多個時鐘域處理。

　　對于信號處理系統(tǒng),，有的需要實時處理,，有的則不需要實時處理。最具挑戰(zhàn)的無疑是實時性要求高的通信,、雷達和圖像等領域的信號處理問題,。

　　首先解決信號處理中的算法問題，為實現(xiàn)某一處理過程,，需要分哪些步驟,，最終得到什么樣的結果。

　　為了實現(xiàn)實時處理,，邏輯電路該怎么去設計,？

　　于是，算法問題既要研究如何處理數(shù)據流的問題,，也要研究如何快速處理的問題,。

　　電路實現(xiàn)時，則需要考慮資源消耗、并行處理結構,，流水處理和控制邏輯,。

　　如果有處理速率要求，則需考慮并行+流水的處理方式,，并考慮單時鐘下的數(shù)據位寬,。

　　同時，務必明確數(shù)據流向,，前后級接口,，功能模塊內部RTL邏輯處理，細化到每個時鐘應該怎么處理,，step by step,。

　　以上都比較明確后，可以著手進行RTL設計,。RTL設計的核心,，便是寄存器、RAM和FSM的靈活使用,。其中,，F(xiàn)SM占據了大部分功能。通常情況下,，我們不只是操作純數(shù)據流,，而是在各種控制信號和參數(shù)下進行設計，此時涉及各種FSM和選擇器設計,，并注意是否需要進行流控,。

　　RTL代碼設計完成之后，進行TestBench平臺搭建和仿真驗證是必要的,，特別是對于復雜功能模塊或系統(tǒng)設計而言,。經驗再豐富的工程師，也不敢保證,，不經過仿真驗證直接上板一定沒問題,。

　　驗證也是一門重要的技術，這也是為什么存在IC驗證崗位,，目的就是為芯片成功流片嚴格把關,，一旦流片失敗，損失重大,，影響深遠,。

　　FPGA的開發(fā)設計，同樣需要進行仿真驗證,。通常,，我們可以通過算法鏈路產生所需激勵源,，通過TestBench對功能模塊進行驗證，并進行結果對比分析,。重點解決兩個問題：

　　一是驗證邏輯時序是否存在問題,，比如信號是否對齊，有無接口處理不當導致數(shù)據丟失等,。

　　二是信號處理過程是否得當,，數(shù)據位寬、精度等是否符合算法要求,。

　　解決功能性問題后,，就需要考慮性能問題。定點是否合適,，與浮點算法性能的差異有多大,，或者軟件中的定點處理與邏輯電路定點處理，誤差有多大,。在不斷驗證過程中,，優(yōu)化算法設計和邏輯電路設計。

　　剩下的邏輯綜合,、實現(xiàn),、比特流生成和調試等環(huán)節(jié),，屬于常規(guī)操作,，但對于邏輯綜合、實現(xiàn)中的時序約束和相關策略設置,，也是十分重要的,。

　　最后，用一張圖總結如何從算法到RTL實現(xiàn),。

　　本文只是粗略地分析了算法到RTL代碼實現(xiàn)之間的邏輯關系,，以及從實現(xiàn)角度，我們應該怎么去著手,。

　　具體到某個信號處理算法實現(xiàn)時,，必須清楚整個信號處理過程，對算法一步一步分解,，再對信號流,、定點和接口進行設計。

　　做任何事情之前,，先謀劃布局,，磨刀不誤砍柴工，扎扎實實做好每一步,，功到自然成,。

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