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FPGA设计干净的代码是程序员的核心技能


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在正式开始之前,我们先看看一位FPGA工程师的工作日常:

开始设计代码
开始写第一个always代码
发现要增加一个信号,因此写第二个always,设计这个新增的信号
回到第一个always上,继续完善这个代码
开始写第三个always代码
感觉第一个always有情况没考虑到
一阵重新思考
回去修改第一个always的代码
写完后,得了,不检查代码了,仿真再说吧。

仿真过程:
每个时钟上升沿一个一个检查
发现这时某信号没有变高
检查代码,把BUG补上
继续检查波形,继续补BUG
发现信号A和B时序对不齐
思考是打补丁呢还是打补丁呢
是改这个信号呢,还是改那个信号,还是加一个信号
一番折腾后,终于对齐了
修改测试文件,再测试
还是有BUG,继续打补丁

该上板调试了
系统跑一会没问题,长时间跑就出BUG
用调试工具各种分析各种定位
一番折腾后,终于找到BUG
一个corner没想到/粗心大意漏了个条件/
早知道,要没这BUG,我早就做完了

又出现BUG了,又要来折腾啦。






























这个场景是不是觉得很熟悉?还有下面这些情形也许都遇到过:一个项目看上去很简单,精心设置了架构,结果越做发现冲突越多,直到整个逻辑完全混乱。本来一天可以的完成的事不知道怎么搞的一个星期还没有完成;本来只需要做一行更改,结果却涉及到N个模块;出现了一个非常小的BUG打了一个补丁,然后补丁越来越多,到最后无法解决。诸如此类等等情况不一而足,究其原因,总离不开“混乱”两个字。这些混乱的根源是什么?又该如何解决呢?

一个好的FPGA项目的设计作品,不仅依赖于架构设计,优秀的代码也是必不可少的关键因素。而好的代码最基本的就是清晰整洁。整洁的代码运行稳定,也是后期维护和升级的基础。正如C++语言发明者Bjarne  Stroustrup说的那样:“代码逻辑应当直截了当,叫缺陷难以隐藏;尽量减少依赖关系,使之便于维护;依据某种分层战略完善错误处理代码;性能调至最优,避免其他人优化时不知所措从而出现混乱状态。整洁的代码只做好一件事。”

这段话说得实在太好了,整洁的代码只去做好一件事。事实上,有两点只要做到了,就可以大大提高自己代码的整洁度。第一、写简单的代码;第二、把复杂的代码简单化。下面我们通过一个小的实例来说明一下。我们先来看这样一组代码:

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always  @begin

  ifbegin

  shi_ge = 0 ;

  end

  else if ) || shi_ge_add)begin

  ifbegin

  shi_ge = 0 ;

  end

  else if shi_ge == 9)begin

  shi_ge = 0 ;

  end

  else begin

  shi_ge = shi_ge + 1 ;

  end

  end

end

这个程序时一个数字时钟功能的其中一份关于小时个位的代码。小时个位复位等于0;设置的语句,意思是当你选中小时的个位并且按键按下去,小时个位+1,或者说正常情况下一个小时+1。这里需要注意的是:首先小时的计数方式在0:00——9:00,10:00——19:00,20:00——23:00情况下+1;另外几个时间点清零。

我们来分析一下,在这份代码的设计中需要考虑到很多因素。第一、需要考虑按键;第二、按下去时与正常计数的关系;第三、需要数多少次清零,比如说9点、19点、23点清零;当很多因素混在一起去考虑,特别是格式没有被规范的时候,就容易出现混乱、遗漏点或是相互之间出现冲突,出错的可能性随之变大。

接下来我们来看另外一组代码的思路和操作。

首先,我们建立一个通用的计数器模板,命名为jsq。每次遇到计数器,只需要输入JSq,即可调入该模板。

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always @begin

  ifbegin

  cnt

  end

  else ifbegin

  if

  cnt

  else

  cnt = cnt + 1;

  end

end

 

assign add_cnt = ; 

assign end_cnt = add_cnt cnt== ;

接下来设置什么时候个位+1,分为两种情况:1、按键按下去;2、自然计数+1;

采用变量法设置X-1;即先不用去管数多少下,反正数完就清零;

最后我们设置数多少下。20:00时数4下;其它时候数10下;

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always @begin

  ifbegin

  cnt

  end

  else ifbegin

  if

  cnt

  else

  cnt = cnt + 1;

  end

end

 

assign add_cnt = ) || shi_ge_add ; 

assign end_cnt = add_cnt cnt== x-1 ;

 

always  @begin

  if

  x = 4 ;

  else

  x = 10 ;

end

 

现在我们来回顾一下这段代码,从中不难发现,设计的总体思路有着严密的逻辑和步骤,并采取了便捷工具来规范了代码编写,减少了设计量。最重要的是设计者的意图清晰了然,控制语句直截了当,代码之间相互依赖性非常低,作者之外的开发者阅读和增补非常轻松。

这一节我们讲到了代码混乱的根源及解决这个问题的技巧,下一节我们要讲到的是简单代码规则的技巧。

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