【原】【精品博文】吴明系列博文 FPGA 何去何从（四）

“聪明的数据结构配上愚蠢的代码，远比反过来要好得多”---《大教堂与集市》

“让我看你的流程图但不让我看表，我会仍然搞不明白。给我看你的表，一般我就不再需要你的流程图了，表能让人一目了然。”---《人月神话》

端口port 就是VHDL verilog 和sv重要的数据结构或表，设计前约定端口有什么信号怎么交互是十分重要的，特别是由不同人员完成不同功能时，这个可比其他编程语言复杂多啦。如果设计中不能有效沟通，少了或多了某个信号，又或者某个信号描述不当，都会造成设计问题。再者程序代码是需要优化的，下一版本为了兼容必须有一样的端口，至少是以前端口的超集，这个问题也会制约设计优化，当然了，一开始就设计好端口不就行了吗？

在我看来那是不可能的

“事情只有重复做一遍之后，才能真正了解”---《人月神话》

设计是不断进步的，未来的能力也一定比现在的强，除非你觉得你已经是完人一个，以后写的已经不能再提高了，也应了那句话“不要把程序写死”，而当前的verilog VHDL开发模式就是已经把端口写死了！不管verilog写得多么漂亮，代码对得多么整齐，注释写得多么详细，都无法改变port定义的杂乱。可以回想自己写过的UART和SPI，端口都定义了什么信号，是否可以直接连接。其实这也引申出一个问题，一个模块是否需要定制的端口信号（UART的RX，TX，SPI的 CS SCK MOSI MISO是固定的专有信号，并不包括），我经过半年的摸索得出的答案是否定的，更激进的想法是，模块就应该抛弃传统的自定义端口信号，全部使用通用接口比如axi avalon。如果UART和SPI都使用axi来设计完全就可以实现互联。

UART UART_inst (

    .tx         (tx        ),

    .rx         (rx        ),

    .rx_axis (rx_axi_stream_inf ),    //interface 

    .tx_axis (tx_axi_stream_inf )    //interface 

);

SPI SPI_inst (

    .csn     (csn                       ),

    .sck     (sck                       ),

    .mosi  (mosi                     ),

    .miso  (miso                     ),

    .rx_axis (tx_axi_stream_inf ),    //interface 

    .tx_axis (tx_axi_stream_inf )    //interface 

);

这不过是个开始，如果全部的模块全部使用axi4来设计，那么FPGA开发就像搭积木一样，可以任意拼接，轻轻松松就能突破1W 的限制（我最近独立开发的项目除去IP资源，已经达到6K LUT，但是我只是觉得设计工作才刚刚开始，突破6W LUT不成问题）。这就是sv interface 带来的巨大优势。

通用的说法是，编程语言没有高低，图灵完备的不同语言是可以相互替代的。这只是理论情况，现实是残酷的，对于计算机来说语言是没有什么区别，用java C++ python开发，都能相互替换，但是对于人类大脑来说语言是有高低之分的，语言的特性 特点，决定了大脑的思维方式。不然就不会有 Ruby Go这些语言被创造出来，既然java ，C都能做出了，为什么要创造出Ruby，Go呢？sv就是这样的存在，sv虽然是verilog的超集，但是显然设计模式已经不一样了。

下面来说说sv这么做设计，上面说过FPGA设计就想搭积木，只要我有足够多的不同类型的积木我就可以搭建任意的系统。这个有点像人类的语言，句子不过是有主 谓 宾 ，只要知道足够多的词汇，就能任意的表达句子。那个sv interface 系统需要多少的类型积木呢？

以 axi4为例

1、master类型，包括axi master，axi lite master，axi stream master，一个microblaze就是典型的axi master（还有其他的非CPU axi master），一个视频流输入就是 axi stream master

2、slaver类型，包括axi slaver，axi lite slaver，axi stream slaver，xilinx IP配置大都是axi lite slaver

3、interconnect,多口到单口的，单口到多口的，多口到多口的，包括stream interconnect，lite interconnect，axi interconnect,interconnect是interface设计的核心，有了interconnect设计就可以分割设计而不用考虑相互影响，A设计I2C到SPI的系统，不需要考虑B设计的UART到SPI的系统（SPI为共享的）。仿真时也可以完全独立仿真A设计的master模块，完全不需要等待B设计slaver模块才能进行验证，只需要各自的模块满足axi标准控制时序。大大减少设计交互和减少设计设计，而且可靠性还可以很大的提高。xilinx的interconnect一直是闭源的，stream interface也不是很好用，也没有多口到单口的 lite ，到目前为止我已经实现了axi stream interconnect ，lite interconnect，axi interconnect一直没用的，也就没有写。

4、FIFO，直接输出FIFO，可以自己设计，也可以用IP。

学习外语需要积累词汇，interface设计也是，虽然前期很困难，要写很多模块，一个一个积累模块，慢慢的就有足够多的积木搭建各式各样的系统，积累得越多以后的设计也快越简单。即使以后模块需要升级优化，也是十分方便的，不会出现牵一发动全身，这就是一个演化的过程。

当然随着模块越积越多，传统的组织模块方式必然落后（sv对verilog比没有变化），这时就需要第二级的设计，现在我也没摸清思路，也只是觉得sv可能只是一种过渡阶段