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FPGA Verilog HDL代码如何debug?

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发表于 2024-9-24 19:11:44 | 显示全部楼层 |阅读模式

叁芯智能科技FPGA就业班09月开班中


今天给大侠带来在FPAG技术交流群里平时讨论的问题答疑合集(十一),以后还会多推出本系列,话不多说,上货。


FPGA技术交流群目前已有十多个群,QQ和微信均覆盖,有需要的大侠可以进群,一起交流学习,共同进步。


欢迎加入FPGA技术微信交流群14群!


交流问题(一)





Q:Verilog代码如何debug?最近学习fpga,写了不少verilog,开始思考如何debug的问题!c语言是顺序执行,而verilog是并行执行,想请教如何debug自己的verilog代码,我以前一直都是对照着modelsim上的方针波形来看看哪里有逻辑错误!



A:以下是一些常见的 Verilog 代码调试方法:


1. 仿真工具:正如您所提到的,使用 Modelsim 等仿真工具观察波形是一种重要且常用的方法。通过设置合适的激励输入,仔细分析输出波形与预期的差异。


2. 打印输出:在代码中适当添加 $display 或 $monitor 语句,在关键位置输出一些关键变量或中间结果的值,以便了解代码执行过程中的数据变化。


3. 分模块调试:将复杂的设计分解为较小的模块,分别对每个模块进行单独的调试和验证,确保每个模块的功能正确后再集成到整个系统中。


4. 断言语句(Assertions):使用 assert 语句来检查特定的条件是否满足。如果不满足,仿真工具会给出相应的提示。


5. 逻辑分析仪:如果在实际的 FPGA 硬件上调试,可以使用逻辑分析仪来捕获信号的实际运行情况。


6. 代码审查:仔细检查代码的逻辑结构、语法错误、变量的赋值和使用等,确保代码的正确性。


7. 利用综合工具的报告:综合工具会提供一些关于资源使用、时序违规等方面的报告,这些信息可以帮助您发现潜在的问题。


等等……



交流问题(二)





Q:信号的上升沿和下降沿为什么会有非常宽的频谱?假如当一个信号发生突变,其上升沿包含了丰富的频率成分,为什么呢?如何量化?而且这些不同频率成分出现的时间是否有差异?比如先出现高频再低频或是怎样?



A:信号的上升沿和下降沿包含丰富的频率成分,这是由于信号的突变本质所导致的。


从数学角度来看,一个突变的信号(如阶跃信号)在时域上的急剧变化,其傅里叶变换在频域上会对应一个宽的频谱。


量化这种情况通常通过傅里叶分析来实现。可以对信号进行傅里叶变换,得到其频谱分布,从而定量地了解不同频率成分的能量或幅度大小。


关于不同频率成分出现的时间,在理想情况下,它们是同时存在的。但在实际的物理系统中,由于信号传播的特性、电路元件的影响等因素,可能会表现出一定的差异。但这种差异并非简单的先高频后低频的顺序,而是受到多种复杂因素的综合影响。


例如,在高频电路中,由于寄生电容和电感的存在,可能会使高频成分的传播和响应相对较慢。但这并不意味着高频成分就一定在低频成分之后出现,而是它们的相对传播和响应特性会有所不同。



交流问题(三)





Q:我想用FPGA实现16个数找最大值,现在有两种实现方法,哪种比较好?


一种是4级比较器,用寄存器的,4个时钟的到结果。一种是用wire,直接assign的,马上就能得到结果,不过我在下一个时钟等他稳定了才取来用。




A:这两种方法各有优缺点,选择哪种方法更好取决于具体的应用场景和设计要求。


使用 4 级比较器搭配寄存器的方法,虽然需要 4 个时钟才能得到结果,但具有以下优点:


1. 时序较为稳定,因为经过了寄存器的同步处理,降低了亚稳态的风险。


2. 对于后续的逻辑处理,如果需要按照时钟节拍进行操作,这种方法更容易与其他时序逻辑集成。


使用 wire 和直接 assign 的方法能够立即得到结果,然后在下一个时钟稳定后再取用,其优点在于:


1. 速度快,能够快速得出比较结果。


如果您的系统对时序要求较为严格,对亚稳态比较敏感,或者后续的逻辑处理需要严格按照时钟节拍进行,那么使用 4 级比较器搭配寄存器的方法可能更合适。


但如果您更注重快速获取结果,并且能够处理好结果的稳定性和后续的时钟同步问题,那么使用 wire 和直接 assign 的方法也可行。


综上所述,哪种方法更好需要根据您整个系统的具体需求和特点来综合判断。





今天先整理三个问题答疑,后续还会持续推出本系列。


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