logic - VHDL 正交解码器 : Sequential/Combinatorial Logic

Question

我正在 VHDL 中实现正交解码器，并提出了两种解决方案。

在方法 1 中，所有逻辑都放在一个对时钟和复位敏感的进程中。
在 Spartan-3A 上，这使用四个切片、七个 FF 和四个输入 LUT。

代码 1

architecture Behavioral of quadr_decoder is
    signal chan_a_curr : std_logic;
    signal chan_a_prev : std_logic;
    signal chan_b_curr : std_logic;
    signal chan_b_prev : std_logic;
begin
    process (n_reset, clk_in) begin
        if (n_reset = '0') then
            -- initialize internal signals
            chan_a_curr <= '0';
            chan_a_prev <= '0';
            chan_b_curr <= '0';
            chan_b_prev <= '0';
            -- initialize outputs
            count_evt <= '0';
            count_dir <= '0';
            error_evt <= '0';
        elsif (clk_in'event and clk_in = '1') then
            -- keep delayed inputs
            chan_a_prev <= chan_a_curr;
            chan_b_prev <= chan_b_curr;
            -- read current inputs
            chan_a_curr <= chan_a;
            chan_b_curr <= chan_b;
            -- detect a count event
            count_evt <= ((chan_a_prev xor chan_a_curr) xor
                          (chan_b_prev xor chan_b_curr));
            -- determine count direction
            count_dir <= (chan_a_curr xor chan_b_prev xor 
                          count_mode);
            -- detect error conditions
            error_evt <= ((chan_a_prev xor chan_a_curr) and 
                          (chan_b_prev xor chan_b_curr));
        end if;
    end process;
end Behavioral;

方法 2 将逻辑拆分为单独的顺序和组合过程。它使用两个切片、四个 FF 和四个输入 LUT。

代码 2

architecture Behavioral of quadr_decoder is
    signal chan_a_curr : std_logic;
    signal chan_a_prev : std_logic;
    signal chan_b_curr : std_logic;
    signal chan_b_prev : std_logic;
begin
    process (n_reset, clk_in) begin
        if (n_reset = '0') then
            -- initialize internal signals
            chan_a_curr <= '0';
            chan_a_prev <= '0';
            chan_b_curr <= '0';
            chan_b_prev <= '0';
        elsif (clk_in'event and clk_in = '1') then
            -- keep delayed inputs
            chan_a_prev <= chan_a_curr;
            chan_b_prev <= chan_b_curr;
            -- read current inputs
            chan_a_curr <= chan_a;
            chan_b_curr <= chan_b;
        end if;
    end process;

    process (chan_a_prev, chan_a_curr, chan_b_prev, chan_b_curr) begin
            -- detect a count event
            count_evt <= ((chan_a_prev xor chan_a_curr) xor 
                          (chan_b_prev xor chan_b_curr));
            -- determine count direction
            count_dir <= (chan_a_curr xor chan_b_prev xor count_mode);
            -- detect error conditions
            error_evt <= ((chan_a_prev xor chan_a_curr) and 
                         (chan_b_prev xor chan_b_curr));
    end process;
end Behavioral;

当我模拟代码(行为)时，两个结果看起来都很好。但我不敢相信这两种方法同样有效。
有人可以阐明哪种方法应该优于另一种方法吗？

Answer 1

您的代码版本 2 以组合方式驱动输出，而代码版本 1 注册输出:

count_evt

count_dir

error_evt

这说明了 3 个额外的触发器(并且由于 Spartan 3 每个切片有 2xregisters，这意味着您需要 2 个额外的切片)。

虽然代码执行的逻辑功能是相同的，但它们的行为不会相同。如果/当您将输出连接到另一个块的输入时，结果将在版本 2 之前 1 个周期可用。假设下游块采用这些输入并应用更多逻辑，您将看到版本 2 导致更长的路径，因此可实现频率较低。

一些指南指出，您通常应该将输出注册到块以改善时序。有时您希望能够以组合方式将多个块链接在一起，因此对于所有指南，总会有一些异常(exception)。如果任何输出是组合驱动的，则在声明中进行注释是一种很好的做法。如果您感觉特别敏锐，您可以使用泛型使输出寄存器成为可选的。