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今天給大俠帶來在FPAG技術(shù)交流群里平時討論的問題答疑合集（十），以后還會多推出本系列，話不多說，上貨。

Q：FPGA中的FPGA算法工程師、FPGA邏輯工程師、FPGA原型驗證工程師三者有什么區(qū)別？

A：FPGA 算法工程師、FPGA 邏輯工程師和 FPGA 原型驗證工程師在工作重點和職責上存在一定的區(qū)別：

FPGA 算法工程師：

主要關(guān)注算法的設(shè)計和優(yōu)化，以在 FPGA 平臺上實現(xiàn)高效的計算和處理。他們需要深入理解特定領(lǐng)域的算法，如數(shù)字信號處理、圖像處理、人工智能等，并將其轉(zhuǎn)化為適合 FPGA 實現(xiàn)的硬件邏輯。重點在于算法的性能提升、資源利用效率以及與系統(tǒng)的集成。

FPGA 邏輯工程師：

側(cè)重于 FPGA 內(nèi)部邏輯電路的設(shè)計和實現(xiàn)。他們使用硬件描述語言（如 Verilog 或 VHDL）來編寫代碼，構(gòu)建復雜的數(shù)字邏輯系統(tǒng)。工作包括模塊的設(shè)計、功能的實現(xiàn)、時序的優(yōu)化以及與其他硬件組件的接口設(shè)計等。

FPGA 原型驗證工程師：

主要負責在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段，使用 FPGA 搭建系統(tǒng)原型，對設(shè)計進行驗證和調(diào)試。他們需要將系統(tǒng)的高層次設(shè)計快速轉(zhuǎn)化為 FPGA 實現(xiàn)，以驗證功能的正確性、性能是否滿足要求，并發(fā)現(xiàn)潛在的問題。同時，還需要與軟件工程師、硬件工程師緊密合作，對整個系統(tǒng)進行集成和測試。

總的來說，F(xiàn)PGA 算法工程師著重于算法優(yōu)化，F(xiàn)PGA 邏輯工程師專注于邏輯設(shè)計，F(xiàn)PGA 原型驗證工程師則側(cè)重于系統(tǒng)原型的搭建和驗證。但在實際工作中，這三個角色的工作可能會有一定的重疊和交叉。

Q：Verilog 中定義信號為什么要區(qū)分 wire 和 reg 兩種類型？

Verilog 中，過程賦值語句要定義成 reg，連續(xù)賦值語句要定義成 wire，而且定義為 reg 不一定真的綜合出register（也可能是純組合邏輯），wire也不一定真的是 wire（也可能是 register）。既然如此，為何 Verilog 語法中要區(qū)分 wire 和 reg 呢？至今都沒想明白有什么必要（除了制造出一些語法錯誤）。

A：在 Verilog 中區(qū)分 wire（線網(wǎng)）和 reg（寄存器）兩種類型主要有以下原因：

1. 模擬行為：在 Verilog 模擬器中，wire 用于表示連續(xù)賦值語句的信號，而 reg 用于表示過程賦值語句的信號。這種區(qū)分在仿真和調(diào)試時非常有用，因為它反映了信號的不同行為。通過 wire，可以模擬組合邏輯的行為，而通過 reg，可以模擬時序邏輯的行為。

2. 綜合行為：在綜合時，wire 表示一個組合邏輯網(wǎng)絡(luò)的輸出，而 reg 表示一個寄存器或存儲元件。硬件綜合工具需要明確知道哪些信號應(yīng)該被綜合成組合邏輯，哪些應(yīng)該被綜合成寄存器，這種區(qū)分對于綜合工具確定最終的電路結(jié)構(gòu)非常重要。

3. 語法清晰性：區(qū)分 wire 和 reg 使得 Verilog 代碼更加清晰，能夠更準確地表達設(shè)計者的意圖。通過這種區(qū)分，其他人能夠更容易地理解代碼，而且設(shè)計者自己在后續(xù)閱讀代碼時也能更容易地理解其意圖。

4. 錯誤檢測：區(qū)分 wire 和 reg 有助于在代碼中發(fā)現(xiàn)一些潛在的錯誤。如果錯誤地將一個 wire 用于存儲數(shù)據(jù)（過程賦值），或者將一個 reg 用于連接到組合邏輯中，Verilog 編譯器通常會產(chǎn)生警告或錯誤，幫助發(fā)現(xiàn)潛在的問題。

例如，wire 常用于表示組合邏輯中的信號連接，它的值會立即隨著輸入的變化而更新，就像物理連線一樣；reg 則常用于時序邏輯中，如存儲狀態(tài)信息，其值通常在時鐘信號的上升沿或下降沿等特定條件下才會更新。

雖然在某些情況下，定義為 reg 不一定真的綜合出寄存器，wire 也不一定真的是純粹的 wire，但這種區(qū)分仍然是必要的，它為代碼的編寫和理解提供了清晰的指導，同時幫助確保設(shè)計在仿真和綜合時的正確性和預期行為。

總之，wire 和 reg 的區(qū)分不僅僅是為了滿足語法規(guī)則，更是為了更好地表達設(shè)計意圖，同時在仿真和綜合階段提供準確的行為描述，有助于提高代碼的可讀性、可維護性和錯誤檢測能力。

Q：為什么 Verilog 要避免鎖存器？

A：在 Verilog 中避免鎖存器主要有以下幾個重要原因：

1. 不可預測性：鎖存器的輸出可能取決于輸入的歷史值，這使得電路的行為更難以預測和理解。在復雜的設(shè)計中，這種不確定性可能導致難以調(diào)試的錯誤。

2. 時序問題：鎖存器對輸入信號的變化敏感，不像寄存器（觸發(fā)器）那樣在特定的時鐘邊沿更新。這可能導致時序違規(guī)，影響整個系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。

3. 綜合工具優(yōu)化困難：大多數(shù)現(xiàn)代的綜合工具在優(yōu)化邏輯時，對觸發(fā)器的處理相對成熟和高效，但對鎖存器的優(yōu)化可能不夠理想，從而導致面積和功耗方面的不理想結(jié)果。

4. 測試和驗證復雜性：包含鎖存器的設(shè)計在測試和驗證過程中會增加復雜性，因為它們的行為不如寄存器那樣規(guī)律和可預測。

5. 可移植性：某些設(shè)計環(huán)境或工藝可能對鎖存器的支持有限，使用過多鎖存器可能導致設(shè)計在不同環(huán)境中的可移植性降低。

綜上所述，為了保證設(shè)計的可靠性、可預測性、性能以及可移植性，在 Verilog 設(shè)計中應(yīng)盡量避免鎖存器的出現(xiàn)，而傾向于使用寄存器來實現(xiàn)存儲和時序控制功能。

Q：verilog狀態(tài)機為什么不全部用時序邏輯？

verilog中的狀態(tài)機全部采用時序邏輯不就不存在時序邏輯和組合邏輯分開的問題了嗎？為什么一定要用組合邏輯，然后采用三段式的形式呢？

沒太理解狀態(tài)機中間用組合邏輯會有什么好處，因此也不是太理解三段式有什么優(yōu)勢。

求大神指點。

比如說這樣的狀態(tài)機，也可以滿足功能。

采用組合邏輯和三段式寫法與這種方式相比，優(yōu)勢在哪里？

A：在 Verilog 中，狀態(tài)機可以全部使用時序邏輯來實現(xiàn)，但通常會采用組合邏輯來實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移和輸出，主要是基于以下原因：

1. 資源利用效率：全部使用時序邏輯會導致大量的寄存器資源被消耗，特別是在狀態(tài)數(shù)量較多的情況下。而組合邏輯可以更有效地利用硬件資源，減少寄存器的使用。

2. 性能和速度：組合邏輯的實現(xiàn)通常比時序邏輯更快，因為它不需要時鐘邊沿的觸發(fā)。對于一些對性能要求較高的應(yīng)用，組合邏輯可以提供更好的速度和響應(yīng)時間。

3. 靈活性和可擴展性：使用組合邏輯可以更靈活地設(shè)計狀態(tài)轉(zhuǎn)移和輸出邏輯，更容易實現(xiàn)復雜的狀態(tài)機行為。同時，也便于對狀態(tài)機進行修改和擴展。

4. 代碼可讀性和可維護性：將狀態(tài)轉(zhuǎn)移和輸出邏輯分開，使用組合邏輯實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移，可以使代碼更清晰、易懂，提高代碼的可讀性和可維護性。

而三段式寫法是一種常見的狀態(tài)機實現(xiàn)方式，它將狀態(tài)機分為三個部分：當前狀態(tài)、次態(tài)和輸出。這種寫法的優(yōu)勢包括：

1. 清晰的結(jié)構(gòu)：三段式寫法將狀態(tài)機的不同部分清晰地分開，使代碼結(jié)構(gòu)更清晰，易于理解和維護。

2. 避免競爭和冒險：通過將狀態(tài)轉(zhuǎn)移和輸出分別處理，可以避免在狀態(tài)轉(zhuǎn)移時產(chǎn)生競爭和冒險，提高電路的穩(wěn)定性和可靠性。

3. 易于綜合和優(yōu)化：三段式寫法符合硬件設(shè)計的原則，易于綜合工具進行分析和優(yōu)化，提高電路的性能和資源利用率。

4. 可擴展性：三段式寫法便于對狀態(tài)機進行擴展和修改，可以方便地添加新的狀態(tài)或修改狀態(tài)轉(zhuǎn)移邏輯。

總的來說，雖然全部使用時序邏輯也可以實現(xiàn)狀態(tài)機，但綜合考慮資源利用、性能、靈活性和代碼可讀性等因素，通常會采用組合邏輯和三段式寫法來實現(xiàn) Verilog 狀態(tài)機。這樣可以在滿足功能需求的前提下，提高設(shè)計的效率和質(zhì)量。

今天先整理四個問題答疑，后續(xù)還會持續(xù)推出本系列。