芯片设计的一些记录

1、generate用法

• 定义genvar，作为generate中的循环变量；
• generate语句中定义的for语句，必须要有begin，为后续增加标签做准备；
• begin必须要有名称，也就是必须要有标签，因为标签会作为generate循环的实例名称；
• 可以使用在generate语句中的类型主要有：
  module（模块）
  UDP（用户自定义原语）
  门级原语
  连续赋值语句
  nitial或always语句
• 基本结构如下：

genvar 循环变量名；
generate
	1. generate-loop循环语句
    2. generate-conditional条件语句
    3. generate-case分支语句
    4. 嵌套的generate语句
endgenerate

generate-for例子：

##一个参数化的gray-code to binary-code 转换器，这里采用复制产生多个assign语句的形式来实现
module gray2bin1 (bin, gray);
	parameter SIZE = 8; 
	parameter SIZE = 8; 
	input [SIZE-1:0] gray; 
	genvar i;
	generate  
		for(i=0; i<SIZE; i=i+1) 
		begin: bit 
			assign bin[i] = ^gray[SIZE-1:i]; 
		end
	endgenerate 
endmodule 

generate-if例子：

generate if(MUX_NUM == 0)begin : mux4_1
    always@(*)begin
        data_out = data_in0;
    end
end else if(MUX_NUM = 1) begin : mux3_1
    always@(*)begin
        data_out = data_in1;
    end
end else begin : mux2_1
    always@(*)begin
        data_out = data_in2;
    end
end endgenerate

generate-case例子：

generate
    case(MUX_NUM)
        0:begin：mux_2
        end
        1:begin: mux_3
        end
        2:begin: mux_4
        end
        default:begin
        end
    endcase
end endgenerate

2、跨时钟域信号处理方法
为了避免亚稳态，跨时钟域信号处理分为两类：控制信号的传输，数据信号的传输。控制信号通常是单bit，可以直接采用两级或多级同步解决，不管快到慢，还是慢到快，都可以使用，在快到慢时要注意把快时钟域的输出信号展宽，以便慢时钟域能采集到；数据信号涉及到多bits，如果直接都采用两级或多级同步容易使同步数据错拍，因此目前有两种其它做法，一是DMUX，二是异步FIFO。DMUX实现方法就是简单的xreq和yack握手方法，简单易用，通过这种方法最少需要5拍时钟才能完成一次握手，在latency敏感的电路中不好使。此时可以用异步FIFO实现，异步FIFO说白了就是一个大容器RAM，里面可以装很多数据，并且有指示这个容器满还是空的信号。如果满，写的一方就要暂停往FIFO里面写数据，否则会覆盖未读出来的数据；如果空，则读的一方不能往FIFO里度数据，否则读出来的都是垃圾数据，影响系统功能。实现异步FIFO的主要难点就是空满信号的产生，空信号需要将写时钟域的指针同步到读时钟域，满信号需要将读时钟域的指针同步到写时钟域，由于指针通常是多bit，这又嵌套一个多bit信号同步的问题。目前常用的做法是把二进制读写指针转为格雷码指针，然后就可以采用简单的两级或多级同步方法。异步FIFO释放了写一方的等待周期，如果FIFO不满，就可以一直往里面塞数据，减少latency。读写指针的比较有两种方式：一是直接比较同步过来的格雷码，二是把格雷码转为二进制码再比较，后者比前者多需要四个格雷码转二进制码电路模块，面积更大，时序更差。
3、低功耗处理方法
芯片功耗主要由三部分组成：浪涌电流、静态功耗和动态功耗。浪涌电流与设备相关，如电机启动电流在前几个周期是正常满载电流的数倍；静态功耗与元件的电气特征相关，也包括晶体管漏电流所导致的功耗，Pstatic～CVdd²，t为参数；动态功耗是门电路输出切换时，由逻辑切换所引起的功耗，Pdynamic～SCVdd²f，C为门寄生电容，S为每个时钟通过整个电路的平均转换次数，f为时钟频率。
降低功耗可以在所有设计层次上进行，即系统级、逻辑级和物理级，层次越高对功耗降低可能越有效。这里仅针对以上功耗计算公式和平时有遇到的低功耗手段谈论下。
由功耗公式可知：通过降低电压，可以以平方次幂降低功耗，还有一个就是增加NMOS或PMOS电压开关，在适当时候把某一区域电源断掉，有时可以讲整芯片划分多个电压域，对速度要求低的可以工作在低电压下，反之为高电压，在存储器中可以使用多电压模式供电，如果某块区域不用可以直接断电，如果只需要保存数据，可以通过处理器配置为低电压，只要不丢失数据即可，如果需要读写，则可以配置为全电压模式；通过使用先进工艺，降低寄生电容也可以降低功耗；通过降低f来降低功耗，但是如今追求高速率芯片，这个基本没戏了，有一个思路就是DVFS，即根据实时芯片状态来动态调频调压；降低S，即每次时钟翻转所带来整个电路的平均翻转次数，这个是目前接触比较多的低功耗技术，如时钟门控、one-hot状态机编码和多路选择器和资源复用；还有一个降低功耗的方式是使用多阈值电压晶体管，在时序好收敛处采用高Vt来降低漏电流。
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