電子產(chǎn)品中數(shù)字信號(hào)處理（DSP）芯片的使用率正急劇增加?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）可支持?jǐn)?shù)百萬(wàn)個(gè)門(mén)，并以DSP為中心，這種特性使其性能比標(biāo)準(zhǔn)的DSP芯片有了大幅提升。此外，F(xiàn)PGA還可進(jìn)行中小型批量生產(chǎn)，能支持非常強(qiáng)大的原型設(shè)計(jì)與驗(yàn)證技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)DSP算法的實(shí)時(shí)仿真。但為FPGA和ASIC創(chuàng)建可移植性算法IP也面臨著諸多挑戰(zhàn)與要求。
　　本文將介紹如何通過(guò)ESL綜合技術(shù)大幅縮短在FPGA或ASIC上實(shí)現(xiàn)算法所需的時(shí)間，并簡(jiǎn)化相關(guān)工作。
　　FPGA和ASIC之間RTL移植所面臨的挑戰(zhàn)
　　盡管RTL支持邏輯級(jí)的移植性，但卻不支持架構(gòu)層移植。如果將同一RTL在不同的目標(biāo)器件上實(shí)現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致結(jié)果不夠理想；在不同目標(biāo)器件中，綜合結(jié)果可能在功能上正確，但卻根本沒(méi)有優(yōu)化。
　　如何選擇算法架構(gòu)取決于一個(gè)基本問(wèn)題，即滿(mǎn)足算法的采樣率和吞吐能力要求，需要進(jìn)行多少流水線(xiàn)、并行和串行優(yōu)化處理。此外，F(xiàn)IR、FFT、正弦、余弦、除法等基本的DSP功能根據(jù)目標(biāo)技術(shù)的不同，有著不同的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)要求。比如，F(xiàn)IR濾波器的直接形式與轉(zhuǎn)置形式（transposed form）就是一個(gè)很好的例子，一種適用于特定的FPGA器件，而另一種則更適用于ASIC技術(shù)。
　　根據(jù)FPGA和ASIC的不同要求，我們往往需要不同的架構(gòu)。眾所周知，F(xiàn)PGA器件傾向于以寄存器為中心，而許多ASIC到FPGA移植指南也建議增加流水線(xiàn)設(shè)計(jì)，對(duì)所有端口進(jìn)行寄存，并將組合邏輯分解為較小的部分。這樣的設(shè)計(jì)在ASIC上實(shí)現(xiàn)就會(huì)增加面積，但這是滿(mǎn)足FPGA時(shí)序要求所必需的。
　　如果以ASIC為目標(biāo)，我們往往需要完全相反的做法。這時(shí)我們建議將寄存器最小化，以盡可能減小占用面積與功耗。我們可以采用時(shí)分復(fù)用和資源共享的辦法來(lái)提高時(shí)鐘速度，從而最小化乘法器及其他浪費(fèi)資源的操作。消費(fèi)類(lèi)及無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品市場(chǎng)領(lǐng)域中的近期設(shè)計(jì)趨勢(shì)就是仔細(xì)平衡上述做法的結(jié)果。
　　ASIC RTL和FPGA RTL之間不可避免的差別之一在于存儲(chǔ)器的使用。就FPGA而言，器件內(nèi)置了標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)器。根據(jù)FPGA工具流程和廠(chǎng)商的不同，我們需要特定的編碼風(fēng)格來(lái)描述存儲(chǔ)陣列和存儲(chǔ)器。高質(zhì)量FPGA綜合工具會(huì)自動(dòng)將RTL代碼映射到存儲(chǔ)器上實(shí)現(xiàn)。不過(guò)，在ASIC領(lǐng)域中，IP和制造庫(kù)廠(chǎng)商（fab library vendor）的存儲(chǔ)器選項(xiàng)多種多樣，用戶(hù)要根據(jù)具體的配置選擇和編輯存儲(chǔ)器，并在RTL設(shè)計(jì)中進(jìn)行例化。
　　許多文章和資料都介紹了在 FPGA 和 ASIC 之間轉(zhuǎn)移 IP 的編碼風(fēng)格及移植技術(shù)問(wèn)題。在不同器件類(lèi)型之間移植實(shí)施方案，需要進(jìn)行大量的編碼與驗(yàn)證工作，并擁有精湛的的專(zhuān)業(yè)技術(shù)。
　　如果首先用FPGA進(jìn)行原型設(shè)計(jì)，再移植為ASIC設(shè)計(jì)，那么還要面臨更多的挑戰(zhàn)。在需要實(shí)時(shí)刺激和實(shí)際速度驗(yàn)證的情況下，就會(huì)出現(xiàn)上述問(wèn)題。為了滿(mǎn)足上述要求，我們應(yīng)當(dāng)保證仿真模型之間的位和采樣準(zhǔn)確度，特別是FPGA實(shí)現(xiàn)和ASIC模型不能出問(wèn)題。這要求我們做大量工作，尤其是實(shí)現(xiàn)方案不同或經(jīng)常變化時(shí)更應(yīng)如此。此外，我們還必須手動(dòng)修改、比較和調(diào)試測(cè)試工具。
　　ESL 綜合解決方案
　　ESL 綜合解決方案能提供強(qiáng)大的性，有助于解決上述諸多問(wèn)題。
　　● 使用電子系統(tǒng)層級(jí) （ESL） 模型，支持高級(jí)架構(gòu)與硬件抽象；
　　● 根據(jù)用戶(hù)定義的采樣率進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化；
　　● 用戶(hù)選擇目標(biāo)技術(shù)；
　　● 為多速率設(shè)計(jì)提供原生支持。
　　
　　圖1 從統(tǒng)一 ESL 模型快速實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案
　　利用上述特性，DSP 綜合引擎可根據(jù)用戶(hù)定義的約束條件在了解目標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化，對(duì)不同的 RTL進(jìn)行綜合。這些為優(yōu)化架構(gòu)和特定編碼風(fēng)格而定的RTL 隨后可進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化的邏輯綜合流程。
　　利用ESL綜合技術(shù)，我們可以在一個(gè)高度抽象的層面完成設(shè)計(jì)工作，這不僅提高了可移植性，縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間，而且還提高了工程設(shè)計(jì)的工作效率。除了保持RTL級(jí)的IP之外，我們還能在算法模型層保持IP，從而提高可移植性以及算法開(kāi)發(fā)人員的工作效率。
　　如圖1所示，DSP綜合技術(shù)使用戶(hù)能通過(guò)統(tǒng)一的算法模型快速生成并實(shí)現(xiàn)多種不同實(shí)施方案。FPGA可使用完全并行的流水線(xiàn)架構(gòu)，也可像ASIC一樣采用占用面積更小的串聯(lián)架構(gòu)。此外，不同實(shí)施方案能自動(dòng)保持位和采樣的準(zhǔn)確度，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的RTL仿真工具實(shí)現(xiàn)完整的驗(yàn)證路徑。與此形成對(duì)比的是，參數(shù)化的原理圖輸入法，和那些需要用戶(hù)在了解面積、延遲特性之前就確定具體架構(gòu)的RTL方法，其移植到新的實(shí)施目標(biāo)時(shí)往往需要進(jìn)行大量的修改。