高清电视芯片的综合优化设计

本文首先介绍利用自动化综合工具在编码和综合的阶段完成用于HDTV芯片设计的优化。由于Verilog代码的好坏会直接影响到综合的结果,所以在设计代码的阶段就应该把综合的要求考虑进去。其次介绍该HDTV芯片的特点和结构,重点考虑HDTV芯片的结构复杂导致综合的困难及解决方法。最后,介绍了如何把HDTV芯片用综合工具Design Compiler将设计优化,使延迟从-0.94降到0.11。

　　VerilogHDL综合性设计

　　1 时钟安排

　　选用上升沿触发的单时钟信号,尽量不使用混合触发的时钟信号。因为时钟周期在时序分析的过程中是关键问题,它还影响到时钟的频率。使用简单的时钟结构利于时钟信号的分析和保持,避免在时钟信号上添加buffer,还利于得到更好的综合结果。图1给出了上升沿触发的单时钟信号结构。

　　尽量避免使用门控时钟。时钟门控电路通常与工艺和时序有关,错误的时序关系会导致错误的时钟和脉冲干扰。时钟的skew会导致hold time的混乱,如图2所示。此外,门控时钟会使设计的可测试性下降。

　　同时,要避免使用内部的寄生时钟和寄生reset。寄生时钟不能作为扫描链的一部分,所以会使设计的可测试性下降,综合约束的设计难度提高。只有一些低功耗的设计需要门控时钟,在顶层模块中注意要把时钟或reset电路作为分立模块。

　　2 综合代码

　　使用可综合的代码可以提高电路的可测试性,简化静态时序分析,使门级的电路和初始的寄存器级代码功能一致。

　　利用寄存器代替组合逻辑的反馈,避免使用锁存器(Latches)。寄存器受到时序逻辑的青睐,它可以维持一致性和综合的正确性。在设计中用reset信号来初始化寄存器的信号。在Verilog中不要使用initial语句对信号进行初始化。

　　在每个always块中,指定完整的敏感信号列表。如果不指定完整的敏感信号,行为级的前端综合和后端综合网表的结果会不符。综合工具在elaborate设计时会给出警告。若增加多余的敏感信号则会降低仿真的速度。另外,注意阻塞性赋值和非阻塞性赋值的问题,阻塞性赋值一般用于时序电路中。

　　Case语句相当于一个单层的多路器;If-then-else语句相当于一个层叠的组合多路器。单一多路器的速度会快一些,所以通常建议使用case语句。避免使用full-case 和parallel_case,这两种语句会导致在仿真和综合过程中代码的解释出现差异。

　　编写时序逻辑的代码要包括状态机和一个时序的进程,通过在进程外用assign语句来生成复杂的内部中间变量从而改进代码的可读性。使用define语句来定义状态向量。把有限状态机和非有限状态机放在不同的模块中有利于综合。

　　在RTL代码中不要使用任何延迟常量。延迟量不仅会导致在一些环境中的不正确,还会使得仿真和综合的结果不一致,扰乱RTL仿真器代码的优化。