乒乓操作

• 参考
  • https://zhuanlan.zhihu.com/p/63279853
  • https://blog.csdn.net/weixin_43701504/article/details/121006924

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1. 什么是乒乓操作

• T1周期，输入数据流1缓存到数据缓冲模块1中，如上图棕色；
• T2周期，输入数据流2缓存到数据缓冲模块2中；同时将缓冲模块1中的数据送入数据流运算处理模块中，如上图蓝色。
• T3周期，输入数据流3缓存到数据缓冲模块1中，同时将缓冲模块2中的数据送入数据流运算处理模块中，如上图绿色。
• ...依次类推，每一阶段的读写传输完成后可使用flag信号标识，方便下一步传输的处理。

2. 乒乓操作优缺点

• 优点
  • 没有乒乓操作时，数据首先进入存储模块，等待数据被取走送去处理模块。必须等待处理模块把数据都取走后，才能再送数据到存储模块，否则原数据会被新数据覆盖；这样存储模块和处理模块总是有一个空闲。
  • 站在整个模块的输入和输出端口看，输入的数据流和输出数据流是连续不断的。实现了数据连续的缓冲和处理。
  • 可以看成另一种流水线技术，对于传统的pipeline是对组合逻辑进行寄存器切割，是cycle级的操作。而乒乓是通过插入缓冲单元，对数据流从source流到destination的过程进行切割，是function block级的。
  • 增加系统的吞吐量，避免了存储模块和处理模块相互等待的情况。
• 缺点
  • 面积换速度。

3. 乒乓速率控制

• 乒乓操作是一种设计方法，可以用于多种设计结构，这里再举一个例子。
  • BlockA和BlockB之间有数据流通，考虑两个模块的数据速率和数据读写顺序可能不同，两个模块不能同时工作，可以应用乒乓操作处理，提高系统吞吐率。
  • 当A和B工作频率相同，读写顺序一致，在A和B中间插入一个双端口TPRAM，可以实现A和B同时工作。但当B读顺序与A写顺序相反，那么A和B也不能同时工作，需要等待TPRAM将A写的数据全部接收后，才可以再传给B。
    • 再加入一个SPRAM，形成乒乓结构，与前面介绍的相同，以周期为单位就可以完成两个Block之间的数据交互，且两者可同时工作。
  • 当A和B工作频率不同
    • A的工作频率高于B的工作频率，那么一段相同时间下，A可能写8个数据，而B只能读走4个数据；一段时间后，SRAM会被A的数据填满，此时A往SRAM写的速率受B读的速率限制。
    • A的工作频率低于B的工作频率，那么一段相同时间下，A可能写4个数据，而B只能读走8个数据；那么SRAM经常会被读空。
    • 有些类似跨时钟域异步FIFO的情况，所以可同样使用wptr/rptr指针来判断SRAM什么时候满或什么时候空，来进行两个时钟域数据交换。