【FPGA技巧篇一】FPGA设计的四种常用思想与技巧之一 ：乒乓操作

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本文篇章将讨论一下的四种常用 FPGA 设计思想与技巧： 乒乓操作、 串并转换、 流水线操作、 数据接口同步化， 都是 FPGA 逻辑设计的内在规律的体现， 合理地采用这些设计思想能在FPGA设计工作种取得事半功倍的效果。

FPGA 的设计思想与技巧是一个非常大的话题， 由于篇幅所限， 本文仅介绍一些常用的设计思想与技巧， 包括乒乓操作、 串并转换、 流水线操作和数据接口的同步方法。

希望本文能引起工程师们的注意， 如果能有意识地利用这些原则指导日后的设计工作， 将取得事半功倍的效果！

乒乓操作是FPGA设计中经常用到的设计思想，常用于需要提高数据效率的地方。其主要特点有：

1.  实现数据的无缝缓冲和处理；
2.  可节约缓冲区空间；
3.  可实现低速模块处理高速模块。

典型的乒乓操作原理如下图：

 

 

 

如图所示：

• T1时刻，DATA_T1存入buffer 1；
• T2时刻，buffer 1已被写满，DATA_T2存入buffer 2， 同时buffer 1将DATA_T1送至运算模块处理；
• T3时刻，DATA_T3存入buffer A1，同时buffer 2将DATA_T2送至运算模块处理；

然后重复2、3阶段的操作。

 

这里正是利用了乒乓操作完成数据的无缝缓冲与处理，乒乓操作可以通过“输入数据选择控制”和“输出数据选择控制”按节拍，相互配合地进行来回切换，将经过缓冲的数据流没有停顿的送到“后续处理模块”。把乒乓操作模块当作一个整体，站在这个模块的两端看数据，输入数据流和输出数据流都是连续不断的，没有任何停顿，因此非常适合对数据流进行流水线式处理。

从上图也可以看出乒乓操作的核心就是控制缓冲模块的读写，具体可以细化为输入数据控制模块、缓冲模块1、缓冲模块2以及输出数据控制模块，这里的缓冲模块可以是FIFO、BRAM、SDRAM等。