至芯FPGA课程之综合理论分享

一、综合理论基础

综合理论，称为综合目的编码风格（Coding Style for Synthesis），和非综合目的编码风格（Coding Style for NonSynthesis）。

综合目的编码，是指：

什么样的代码或代码块，对应综合结果的什么样的电路（What Statements is What Circuit）

需要什么电路，应该使用什么样的代码描述（What Circuit is What Statements）

根据综合理论的发展和HDL语言的发展，西方理论界提出综合友好的概念，即EDA的工程师，必须知道代码的综合意义。与西方科学技术体系的“形式逻辑”相同，综合理论也是诞生与“形式逻辑”。

1.1代码模型分析CMA（Code-Model Analysis）

综合理论的基础是代码模型分析：

代码行中，被驱动的信号（赋值号左侧的信号），对应所综合电路的输出信号

代码行中，被引用的信号（赋值号右侧的信号），对应所综合电路的输入信号

根据电路的实际物理，进行资源分配。

代码或代码块CB（Code Block），所综合得到的电路模型，称为代码模型CM（Code Model）

例一(显模Explicit Model)：

1.1.1顶层电路模型

1.1.2顶层描述

1.2并发语句和顺序语句的可综合性

HDL语言与算法语言类似，需要讨论研究编码顺序与综合意义之间的关系。在HDL的早期理论界，是这样定义的：

在HDL的编码顺序中，编写顺序发生改变，不会影响综合结果的代码，称为并发语句CAS（Concurrent Assignment Statements）

在HDL的编码顺序中，编写顺序发生改变，将会影响综合结果的代码，称为顺序语句SAS（Sequential Assignment Statements）

例二(并发语句例子)：

一个二选一多路器的逻辑：

布尔表达式：

改变编码顺序后：

得到：

综合意义相同，是并发语句CAS

例三（顺序语句例子）

译码逻辑真值表：

rst_n	en	sel	Note
0	0	SEL_ROW6	复位选择
0	1	SEL_ROW6
1	0	SEL_ROW10
1	1	SEL_ROW8

译码逻辑真值表：

rst_n	en	sel	Note
0	0	SEL_ROW8	复位选择
0	1	SEL_ROW6
1	0	SEL_ROW10
1	1	SEL_ROW6

综合意义不同，是顺序语句SAS

常用语句的并发和顺序类型表：

语句块	描述方式	类型	Note
module	module-endmodule	CAS	显模描述
begin	begin-end	CAS	隐模描述
behaviour	always	CAS
datflow	assign	SAS
if	if-else if-else	SAS
case	case-endcase	SAS
loop	while for	CAS	for语句可综合
sub/fuc	task-endtask function-endfunction	CAS

二、循环语句的可综合性

2.1循环语句的可综合性描述

循环语句中的循环体，在算法语言中，循环体的执行时一个典型的顺序过程，但在HDL语言中，用于综合目的时，这些循环体却是一个并发过程，此时，这些循环体被综合器重复描述，以提高编码效率。

循环体中的输出，不同的循环变量引用时，得到不同的输出，则称为：并发循环，对应的电路框架称为并发循环框架。

循环体中的输出，在不同的循环变量引用时，得到相同的输出，则称为：顺序循环，对应的电路框架称为顺序循环框架。

行为并发循环框架CMA：

行为顺序循环框架CMA：

数据流和结构化的CAS循环框架：

数据流和结构化的SAS循环框架：

2.2循环语句设计例子一

设计一个如下图所示的具有宽度为8的64输入端口的异或二叉树电路：

使用数学归纳法，证明循环语句实现的可综合性：

首先将循环变量修改为一个很小的基数，使用结构化建模描述，加以验证。

将基数加一，仍然使用结构化建模模型，加以验证。

将循环变量修改为LPM定制，加入循环变量，加以验证

将LPM定制的循环变量加以，加以验证

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