FPGA 如何布局及资源优化

	

		


	



 

   1.项目需求
  

   

    

   
  

   FPGA ：V7-690T两片
  

   
  

   

    

     Resource:两片FPGA通过X12 gth互联；每片FPGA使用48路

    

    

     serdes

    

    

     

      走光口与板外连接；每片FPGA使用SIROx4通过

     

     

      VPX

     

     

      与外界互联；每片FPGA使用PCIE X8与板上CPU Intel XEON互联；每片FPGA使用20对LVDS互联；

     

    

   

   

    CPLD

   

   

    控制FPGA上电时序/CPU启动/FPGA加载；每片FPGA挂载2路4GB DDR3。

   
  

   

    

   
  

   2.FPGA架构设计问题
  

   

    

   
  

   我们知道，FPGA片上分布着各种资源，如时钟，serdes，RAM，LUT，IO等。在进行FPGA规划时候，应当需要知道项目设计需求，以及需求

   

   

   各模块之间的数据交织情况，这样可以避免后续FPGA RTL设计出现时序很难优化的情况。
  

   
  

   对应这个情况，举一个简单的例子。如果一个FPGA工程中含有一个PCIE和一个DDR接口，并且，需要用到PCIE与外部设备进行大量数据块上传和下载方面的传输。
  

   
  

   那么DDR作为PCIE的一个缓存接口，最优的方案是在FPGA内部对PCIE接口和DDR接口尽量靠近放置。
  

   
  

   这样FPGA RTL设计的时候时序很容易达到最优。在V7-690T FPGA中，可以将PCIE放置的最优位置如下图。
  

   
  

   

   
  

   
  

   同时，我们也知道，在V7-690 FPGA中，DDR通常可以放置的位置可以是BANK34/35/36和BANK36/37/38。这时综合上述两个条件，我们可以得到最优放置PCIE和DDR的位置。使得FPGA内部编译通过率或者说时序最好。
  

   
  

   下面是两种不同放置方式得到的example design编译结果图。
  

   
  

   

   
  

   
  

   3.前期碰到的问题
  

   
  

   1）.时钟优化
  

   
  

   在管脚验证的时候，本人将各个功能模块都用XILINX FPGA的IP生成 example design并集成到一个工程下面，但是发现上面提出的功能集成下来FPGA的BUFG资源远远不够。下图是FPGA example design各模块BUFG资源需求情况。因此做了一些资源优化。
  

   
  

   

    a.前期验证中，发现

   

   

    SRIO

   

   

    是消耗BUFG资源最多的IP，因此能省出最多的BUFG。

   
  

   

    

   
  

   b.DDR也消耗比较多时钟，这个项目一个FPGA用到两个DDR控制器，也能省出比较多BUFG。
  

   
  

   2）PCIE不是在所有serdes下都能放的，对V7-690，需要放置在特殊的SERDES处，这样，实际PCIE 程序编译时候，这个特殊的serdes里PCIE 特殊资源离得最近，编译出来的时序报告是最好的。如若不然，需要设置PCIE IP内部特殊参数，才能使得PCIE DEV被CPU看到，也就是PCIE link上。
  

   
  

   3）DDR布局也要参考数据是如何在FPGA内部交织的，劲量靠近会用到大数据流量的模块放置，这样后期设计时序会好很多。
  

   
  

   4）FPGA功耗估计问题。
  

   
  

   

    这个可以在

   

   

    XILINX

   

   

    官网下载一个XPE Excel表格，很实用的，用一两次就熟悉了。但是本人认为这个工具对很多人也有个缺点，就是实际并不知道以后自己的代码各种资源消耗有多少。所以可能评估不太准。

   
  

   本人是用example design工程查看编译报告得出。当涉及到调整温度啊电流啊啥的时候，在vivado下需要打开implementation的结果后才可以改动电流/温度的值进行评估的。
  

   
  

   4.FPGA PCB布线时会遇到调整线序的问题。
  

   
  

   1）这要根据项目需求看调整后的布局是否满足项目需求，调整好后一定要原理图工程师给出最新的原理图，最后FPGA根据新布局重新验证管脚等。千万不要口口相传丢失了信息。
  

   
  

   2）DDR换线序可以参照XILINX的MIG手册，仔细核对的。
  

   
  

   
  

   
  

   3) DDR PCB布线所需的管脚延时信息，可以通过新建一个空白工程，在空白工程的tcl下输入如下命令：
  

   
  

   link_design -part xc7k160tfbg676
  

   write_csv flight_time
  

   
  

   5.CPLD调试
  

   
  

   1）CPLD控制FPGA上电顺序，XILINX又一个check list，各位可以根据check list表格对硬件板卡进行关键信号测量确认，对上电时序进行控制等。
  

   
  

   2）对FPGA的配置控制也可以月底 xilinx ug470等。