godjohsn 发表于 2017-9-26 23:32:39

请教verilog中流水线的用途?



看到很多资料里说“利用流水线的设计方法,可大大提高系统的工作速度。”

这是一个教材里很常用的例程:


(1)非流水线实现方式

module adder_8bits(din_1, clk, cin, dout, din_2, cout);   
   input din_1;
    input clk;
    input cin;
    output dout;
    input din_2;
    output cout;

    reg dout;
    reg       cout;

    always @(posedge clk) begin
            {cout,dout} <= din_1 + din_2 + cin;
    endendmodule

(2)2级流水线实现方式:

module adder_4bits_2steps(cin_a, cin_b, cin, clk, cout, sum);
    input cin_a;
    input cin_b;
    input cin;
    input clk;
    output cout;
    output sum;

    reg cout;
    reg cout_temp;
    reg sum;   
    reg sum_temp;

    always @(posedge clk) begin   
            {cout_temp,sum_temp} = cin_a + cin_b + cin;
    end         

    always @(posedge clk) begin   
            {cout,sum} = {{1'b0,cin_a} + {1'b0,cin_b} + cout_temp, sum_temp};
    end

endmodule


注意:这里在always块内只能用阻塞赋值方式,否则会出现逻辑上的错误!

(3)4级流水线实现方式:

module adder_8bits_4steps(cin_a, cin_b, c_in, clk, c_out, sum_out);
    input cin_a;
    input cin_b;
    input c_in;
    input clk;
    output c_out;
    output sum_out;

    reg c_out;   
    reg c_out_t1, c_out_t2, c_out_t3;   
    reg sum_out;   
    reg sum_out_t1;
    reg sum_out_t2;
    reg sum_out_t3;   

    always @(posedge clk) begin   
             {c_out_t1, sum_out_t1} = {1'b0, cin_a} + {1'b0, cin_b} + c_in;
    end      

    always @(posedge clk) begin   
             {c_out_t2, sum_out_t2} = {{1'b0, cin_a} + {1'b0, cin_b} + c_out_t1, sum_out_t1};
    end         

    always @(posedge clk) begin      
            {c_out_t3, sum_out_t3} = {{1'b0, cin_a} + {1'b0, cin_b} + c_out_t2, sum_out_t2};
    end         

    always @(posedge clk) begin      
         {c_out, sum_out} = {{1'b0, cin_a} + {1'b0, cin_b} + c_out_t3, sum_out_t3};   
    end

endmodule


可是在ISE12.3 下实际时序分析的结果:采用4级流水线比不采用流水线的延时更大:
非流水线方式: Timing constraint: TS_clk = PERIOD TIMEGRP "clk" 10 ns HIGH 50%;   0 paths analyzed, 0 endpoints analyzed, 0 failing endpoints   0 timing errors detected. (0 component switching limit errors)   Minimum period is   1.366ns.

4级流水线方式: Timing constraint: TS_clk = PERIOD TIMEGRP "clk" 10 ns HIGH 50%;   10 paths analyzed, 10 endpoints analyzed, 0 failing endpoints   0 timing errors detected. (0 setup errors, 0 hold errors, 0 component switching limit errors)   Minimum period is   3.422ns.


采用流水线之后延时更大,意味着系统最高频率更小,工作速度反而降低了,那流水线技术的意义究竟何在?
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