FPGA布局及資源優化

1.項目需求

FPGA ：V7-690T兩片

Resource:兩片FPGA通過X12 gth互聯；每片FPGA使用48路serdes走光口與板外連接；每片FPGA使用SIROx4通過VPX與外界互聯；每片FPGA使用PCIE X8與板上CPU Intel XEON互聯；每片FPGA使用20對LVDS互聯；CPLD控制FPGA上電時序/CPU啟動/FPGA加載；每片FPGA掛載2路4GB DDR3。

2.FPGA架構設計問題

我們知道，FPGA片上分布著各種資源，如時鐘，serdes，RAM，LUT，IO等。在進行FPGA規劃時候，應當需要知道項目設計需求，以及需求各模塊之間的數據交織情況，這樣可以避免后續FPGA RTL設計出現時序很難優化的情況。

對應這個情況，舉一個簡單的例子。如果一個FPGA工程中含有一個PCIE和一個DDR接口，并且，需要用到PCIE與外部設備進行大量數據塊上傳和下載方面的傳輸。那么DDR作為PCIE的一個緩存接口，最優的方案是在FPGA內部對PCIE接口和DDR接口盡量靠近放置。這樣FPGA RTL設計的時候時序很容易達到最優。在V7-690T FPGA中，可以將PCIE放置的最優位置如下圖。

同時，我們也知道，在V7-690 FPGA中，DDR通?？梢苑胖玫奈恢每梢允荁ANK34/35/36和BANK36/37/38。這時綜合上述兩個條件，我們可以得到最優放置PCIE和DDR的位置。使得FPGA內部編譯通過率或者說時序最好。

下面是兩種不同放置方式得到的example design編譯結果圖。

3.前期碰到的問題

1）.時鐘優化

在管腳驗證的時候，本人將各個功能模塊都用XILINX FPGA的IP生成 example design并集成到一個工程下面，但是發現上面提出的功能集成下來FPGA的BUFG資源遠遠不夠。下圖是FPGA example design各模塊BUFG資源需求情況。因此做了一些資源優化。

a.前期驗證中，發現SRIO是消耗BUFG資源最多的IP，因此能省出最多的BUFG。

b.DDR也消耗比較多時鐘，這個項目一個FPGA用到兩個DDR控制器，也能省出比較多BUFG。

2）.PCIE不是在所有serdes下都能放的，對V7-690，需要放置在特殊的SERDES處，這樣，實際PCIE 程序編譯時候，這個特殊的serdes里PCIE 特殊資源離得最近，編譯出來的時序報告是最好的。如若不然，需要設置PCIE IP內部特殊參數，才能使得PCIE DEV被CPU看到，也就是PCIE link上。

3）.DDR布局也要參考數據是如何在FPGA內部交織的，勁量靠近會用到大數據流量的模塊放置，這樣后期設計時序會好很多。

4）FPGA功耗估計問題。

這個可以在XILINX官網下載一個XPE Excel表格，很實用的，用一兩次就熟悉了。但是本人認為這個工具對很多人也有個缺點，就是實際并不知道以后自己的代碼各種資源消耗有多少。所以可能評估不太準。

本人是用example design工程查看編譯報告得出。當涉及到調整溫度啊電流啊啥的時候，在vivado下需要打開implementation的結果后才可以改動電流/溫度的值進行評估的。

3.FPGA PCB布線時會遇到調整線序的問題。

1）這要根據項目需求看調整后的布局是否滿足項目需求，調整好后一定要原理圖工程師給出最新的原理圖，最后FPGA根據新布局重新驗證管腳等。千萬不要口口相傳丟失了信息。

2）DDR換線序可以參照XILINX的MIG手冊，仔細核對的。

3) DDR PCB布線所需的管腳延時信息，可以通過新建一個空白工程，在空白工程的tcl下輸入如下命令：

link_design -part xc7k160tfbg676

write_csv flight_time

4.CPLD調試

1）CPLD控制FPGA上電順序，XILINX又一個check list，各位可以根據check list表格對硬件板卡進行關鍵信號測量確認，對上電時序進行控制等。

2）對FPGA的配置控制也可以月底 xilinx ug470等。

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審核編輯：劉清