原创 【博客大赛】ASIC/FPGA实战设计经验总结

本篇对SOC设计,FPGA设计也有相当大的借鉴意义.本着帮助别人,提升自己的宗旨,记录,总结,回忆从接触这个行业的所听,所记,所感.其中一部分经验是自己实战总结的,一部分经验是从书上看到的,一部分经验是从别人那学到的.难免会有错误,还请大家不吝指正.

IC设计其实是一个门槛特别高的行业,要学的专业特别多,要会的工具特别多,要走的流程特别长,要花的时间也要足够,所以你可以理解为他是一个要求特别多的行业.你可以认为他是高富帅行业,也可以认为他是屌丝行业,但是这都不妨碍他对这个社会的巨大贡献.因而学会IC设计于己于人都是相当有诱惑力的.

本篇介绍从5个方面来谈IC设计实战经验:

一:设计架构的划分,这一块是相当重要的,你可以在很多的书籍中看到,很多的书籍中也都会谈论如何进行架构的划分.架构的划分好比盖房子,设计好整个房子的结构,后面才能一砖一瓦的网上填,最后的摩天大楼才能建成.架构的划分又可以分为如下几个方面:

1 )  软硬件划分,什么归软件来做,什么归硬件来做,如何达到效率的最高效;这个方面其实很困难的,一般都是相当有经验的人才来做架构的划分,但是一般会遵循一些原则,即:软件的灵活性比较大,所以一般做一些控制类的活儿,硬件的并行性比较大,所以一般用来做加速,遵循这些原则的话,划分以来或许简单一些.当前比较流行的做法是软硬件协同设计,具体可以参考相关的书籍.

2)算法设计,例如快速搜索,快速比对,软件的一些思维未必适合硬件实现,因为硬件需要考虑资源问题,需要考虑速度和面积,需要考虑组合逻辑的延时等等,不能一味的追求单方面而忽略了其他的方面.

3)性能因素的考虑,譬如带宽为多少合适,太宽并不一定就会很快,要考虑如何提升吞吐率,可以从各个方面入手.

4)模块设计的划分,一个太大的模块不适合实现,也不适合维护,当别人接手时也很难快速的理解,所以模块划分要得当,可以基于接口,基于功能,基于灵活性,一个好的划分会带来很多的好处,例如易于维护,易于理解,出错概率低,相反,会看起来很臃肿,很奇怪,也难以维护升级.另外模块代码的行数不易过多,当然也没必要划分出几十个小的模块,那样维护起来也是相当的痛苦.

二:设计技巧,这一部分包括如下几个方面:

1)利用脚本加速开发,例如利用脚本进行接口的自动连线,快速复制相似的代码,如果恰当合适的利用脚本,会使你的开发事半功倍.

2)状态机的设计,组合逻辑和时序逻辑分开,状态机不宜过大,否则会出现很大的比较器.

3)one hot编码推荐使用，这个在后面的ECO时比较方便更改。

4）流水线技术，这个技术可以提高吞吐率，有利于时序的优化，利用流水线技术可以高效发访问DDR，但是流水线也有弊端，例如某个阶段的时间太长，或者某个阶段依赖于前一个阶段，流水线一定要设计得当，否则可能会弄巧成拙。

5）利用链表技术可以节省memory的使用，当然这个很多时候要看具体的应用场景。

6）在设计模块的时候，可以简单的设计一个可以综合的Testbench，这样你可以不依赖单独设计Testbench的人，你可以继续往后推进你的模块设计，你可以上FPGA开发板上简单的验证。

三:设计实现技巧，你的设计一定要是可实现的，否则你的设计没有任何意义，就是一堆垃圾字母而已。该技巧包括如下几个方面：

1）你的电路要具有可测试性DFT，这个可以在后端插入scan，你的电路中的memory要有mbist的电路，用于自动产生数据读写RAM，自动比对结果，一般这都是到后端后会接触的东西。

2）你的电路要能够做STA，你的电路中最好只用一个沿来采样（DDR这种情况除外），因为很难保证两个沿都能卡的很好。

3）注意跨时钟域的处理，跨时钟域如何进行验证。

4）功耗和面积之间的权衡，门控时钟的使用，RAM的使用。

5）FPGA的选择，到一定程度时，电路需要到FPGA上进行验证，快速的FPGA十分的昂贵，便宜的可能又达不到项目的需求，所以一定要权衡好两者之间的关系。

6）关于RAM的实现，可以用register实现，也可以采用生成的ram实现，一般比较小时采用register实现（一般小于512bits）,而且RAM要尽量成正方形，因为太深或者太宽的ram不好布局布线，他占了一块面积后，其他的只能扰很的距离来布局布线，不利于时序的优化。

四:设计调试技巧，你的设计在后面将转为大量的调试,无论是波形仿真的调试,还是上FPGA的调试,或者是芯片回来的调试,都是一份相当大,相当困难,相当耗时的艰巨任务。该技巧包括如下几个方面：

1）你在设计的时候就要充分考虑如何进行后续的验证,你可以拉出一些信号进行调试,但是由于出pin的数量限制，所以你可以利用mux分级拉出信号，然后用寄存器配置的方式，选择哪些pin被拉出，这样你可以拉出很多的pin.

2) 你可以加一些寄存器用于调试,例如中断寄存器，error寄存器，状态机寄存器，拉出状态，看状态跳转的是否正确。

3）如果你的设计中有ram，你要充分考虑ram该如何验证，否则ram出错的话将是十分头疼的事情。

4）如果你做的是通信类的设计，要考虑loop_back模式的测试，这样不需要和别的设计进行连接。

五:沟通的技巧，这一块说不重要其实可以说是最重要的，设计的要和验证的沟通，硬件的要和软件的沟通，做技术支持的要和客户沟通，上下级要沟通，反正沟通无处不在。所以你要注意下面几个方面：

1）保留平时的沟通记录，可以帮助你到时候进行review，也可以帮助你到时出错时作为证据。

2）通过各种手段进行沟通，例如邮件，电话，会议等等，要充分让别人懂你说的，你也懂别人说的，开会不要漫无目的，要把握时间。

3）沟通的最主要目的是发现问题，解决问题，所以怎么高效怎么办。​​