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FPGA

Abstract

用来记录在 FPGA 编程和开发中遇到的问题和解决方案，以及一些小 tips。

  • 特别鸣谢：张杰学长
  • 主要使用的开发语言为 Chisel、Verilog，开发平台为 Xilinx Vivado.
  • 相关代码来自 RC4ML 的私有仓库，以及本人在 FPGA 编程中书写的代码。

ILA

ILA 可以用来在上板之后观察信号的变化，用于调试。

  • 1 个 ILA 核只能和 1 个时钟域内的信号交互，即来自不同时钟域的信号不能同时接入同一个 ILA 核。ILA 的时钟和这个时钟域的时钟保持一致。
  • 如果传入 ILA 的数据过大，可能会有延迟问题，可以选择打 6 拍缓解时序。
  • 使用 ILA debug 时，要找到最里层的信号进行查看。
Example

比如在我的工程 Foo 里实例化了 qdma，并将一些信号送入 qdma 里的 ip 核。在实验里发生了 QDMA 无法正确完成 C2H (FPGA->CPU) 的工作，这时应该将 qdma 内的 ip 核 qdmaInst 的输入信号接入 ILA，同时此时的时钟并不是 qdma 模块的时钟 user_clk，而是 qdmaInst 的时钟 pcie_clk（在 qdma 模块内可以看到有一个 FIFO 进行时钟域的转化）。

Register Slice

用来打拍，缓解时序。

  • 将一个比较大的数据包（如 AXI 接口）与其他模块接口相连时，可能需要用 RegSlice 来打（2）拍。
  • 或者通过 Vivado 的时序报告可以看到 critical path，有的地方即使是直接相连也会有很大的延迟，这时也可以用 RegSlice 来打拍。

FIFO

不同时钟域的数据相连，需要使用 FIFO (XConverter, XAXIConverter)，最好在 FIFO 后再加上 RegSlice 打拍。

Vivado 时序报告

Vivado 中的 WNS 不能为负。否则非常容易出现时序问题，也会消耗更多的综合时间。因为 route_design 中会尝试不同的布线，时序紧张时 route_design 也会需要大量的时间。（一般 -0.0x 可以考虑跑下，可能没有问题。）

  • 可以通过 Vivado 中 Report Timing 或者 Open Runs 查看哪里的 path 时序负的多。
  • 常见的问题是 reset: 因为 reset 信号一般是异步的，这样就会带来时序问题。解决方法是 set_false_path 表示不应分析设计中的逻辑路径。
Example

这里是我的工程的时序分析，这里 apb_complete_0_reg 是 HBM 内用于生成 reset 信号的值，随后 reset 信号接出到了 axi2hbm 模块，因此这里存在异步的问题。通过时序报告找到这两个时钟，set_false_path 即可。

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