crazybird

【原创】在FPGA中使用for循环一定浪费资源吗?

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    渐渐地,发现自己已经习惯于发现细节,喜欢打破常规,真的非常喜欢这种feel。

    相信很多人在书上或者博文上都有提出“在FPGA中使用for语句是很占用资源的”的观点,特权同学也不例外。那么,这种观点正确吗?我的答案是:对一半,错一半。在某些情况下,使用for循环也许真的挺占用资源的。但我并不想去探讨这种情况。而是谈谈在另外一些情况下使用for语句的好处。

    第一个好处:有时使用for循环不但不会浪费多余的资源,而且可以减少代码量,从而提高编码效率;第二个好处是:方便模块的移植。下面举个移位寄存器的简单例子来说明就一目了然了。假设设计一个深度为16、位宽为8的移位寄存器。

1、基于非for语句的移位寄存器电路设计如下:

module shift_register
#(
    parameter   DATA_WIDTH  = 8
)
(
    input                       clk,
    input   [DATA_WIDTH-1:0]    din,
    output  [DATA_WIDTH-1:0]    dout
);
//---------------------------------------------
reg         [DATA_WIDTH-1:0]    mem     [0:15];
always @(posedge clk)
begin
    mem[0 ] <= din;
    mem[1 ] <= mem[0 ];
    mem[2 ] <= mem[1 ];
    mem[3 ] <= mem[2 ];
    mem[4 ] <= mem[3 ];
    mem[5 ] <= mem[4 ];
    mem[6 ] <= mem[5 ];
    mem[7 ] <= mem[6 ];
    mem[8 ] <= mem[7 ];
    mem[9 ] <= mem[8 ];
    mem[10] <= mem[9 ];
    mem[11] <= mem[10];
    mem[12] <= mem[11];
    mem[13] <= mem[12];
    mem[14] <= mem[13];
    mem[15] <= mem[14];
end

assign  dout = mem[15];

endmodule

    综合后资源消耗为:

4.png

2、基于for语句的移位寄存器电路设计如下:

module shift_register_for
#(
    parameter   DATA_WIDTH  = 8,
    parameter   SHIFT_LEVEL = 16
)
(
    input                       clk,
    input   [DATA_WIDTH-1:0]    din,
    output  [DATA_WIDTH-1:0]    dout
);
//-------------------------------------------------------
reg         [DATA_WIDTH-1:0]    mem     [0:SHIFT_LEVEL-1];
always @(posedge clk)
begin : shift_reg
    integer     i;
    for(i = 0; i < SHIFT_LEVEL-1; i = i + 1)
        mem[i+1] <= mem[i];
    mem[0] <= din;
end

assign  dout = mem[SHIFT_LEVEL-1];

endmodule

    综合后资源消耗为:

5.png

    通过对比,两者消耗资源一样,但使用for语句可大大减少代码量。在这里,我问大家一个问题,如果我想要一个深度为40、位宽为8的移位寄存器,怎么办?对基于for语句的移位寄存器很容易实现,只要将SHIFT_LEVEL=16改为SHIFT_LEVEL=40就可以了;而对于没有使用for语句的移位寄存器并没有快捷的修改方法,只能乖乖地按部就班了,如下所示:

module shift_register
#(
    parameter   DATA_WIDTH  = 8
)
(
    input                       clk,
    input   [DATA_WIDTH-1:0]    din,
    output  [DATA_WIDTH-1:0]    dout
);
//--------------------------
reg         [DATA_WIDTH-1:0]    mem     [0:15];
always @(posedge clk)
begin
    mem[0 ] <= din;
    mem[1 ] <= mem[0 ];
    mem[2 ] <= mem[1 ];
    mem[3 ] <= mem[2 ];
    mem[4 ] <= mem[3 ];
    mem[5 ] <= mem[4 ];
    mem[6 ] <= mem[5 ];
    mem[7 ] <= mem[6 ];
    mem[8 ] <= mem[7 ];
    mem[9 ] <= mem[8 ];
    mem[10] <= mem[9 ];
    mem[11] <= mem[10];
    mem[12] <= mem[11];
    mem[13] <= mem[12];
    mem[14] <= mem[13];
    mem[15] <= mem[14];
    mem[16] <= mem[15];
    mem[17] <= mem[16];
    mem[18] <= mem[17];
    mem[19] <= mem[18];
    mem[20] <= mem[19];
    mem[21] <= mem[20];
    mem[22] <= mem[21];
    mem[23] <= mem[22];
    mem[24] <= mem[23];
    mem[25] <= mem[24];
    mem[26] <= mem[25];
    mem[27] <= mem[26];
    mem[28] <= mem[27];
    mem[29] <= mem[28];
    mem[30] <= mem[39];
    mem[31] <= mem[30];
    mem[32] <= mem[31];
    mem[33] <= mem[32];
    mem[34] <= mem[33];
    mem[35] <= mem[34];
    mem[36] <= mem[35];
    mem[37] <= mem[36];
    mem[38] <= mem[37];
    mem[39] <= mem[38];
end

assign  dout = mem[39];

endmodule

    由此,使用for语句的移位寄存器很方便移植。

    总结:在一些情况下,适当使用for语句不但可以节省设计的时间,还有利于设计的移植。