由于以太網(wǎng)測(cè)試使用的開(kāi)發(fā)板是淘寶購(gòu)買(mǎi)的某款開(kāi)發(fā)板，開(kāi)發(fā)人員在電路設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮到將以太網(wǎng)芯片的接收時(shí)鐘、發(fā)送時(shí)鐘通過(guò)FPGA的專(zhuān)用時(shí)鐘管腳接入到到全局時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)；其實(shí)這對(duì)時(shí)序裕量有影響，按照官方的說(shuō)法，經(jīng)過(guò)全局時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)其延時(shí)最小，驅(qū)動(dòng)能力大；而且只有專(zhuān)用時(shí)鐘管腳引入的信號(hào)才能接入到PLL；

這個(gè)千兆網(wǎng)芯片使用的是RGMII接口，收發(fā)時(shí)鐘達(dá)到了125MHz，但是卻沒(méi)有經(jīng)過(guò)專(zhuān)用時(shí)鐘管腳進(jìn)入全局時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)，為了保證能在125MHz時(shí)序下，電路能夠穩(wěn)定的跑通，我在時(shí)序裕量上做出了一些的努力。

參考該塊開(kāi)發(fā)板給出的例程

開(kāi)發(fā)板所帶例程的部分

這一部分是在生成IP數(shù)據(jù)包的首部，并且計(jì)算首部的校驗(yàn)和；

但是綜合之后，可以從時(shí)序報(bào)告看到下圖

可以看到"ip_header"與"check_buffer"之間的有很多標(biāo)紅警告，這造成時(shí)序分析報(bào)告里面e_rxc(接收時(shí)鐘)的max_frequency遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于我們想要的125MHz；

為此，我修改了make狀態(tài)，在計(jì)算check_buffer的過(guò)程中加入了多個(gè)寄存器，起到緩沖作用；如下圖

原來(lái)10個(gè)16進(jìn)制的1周期加法計(jì)算可能會(huì)造成大的延時(shí)，現(xiàn)在將10個(gè)16進(jìn)制的加法計(jì)算拆分成3周期的加法計(jì)算，從時(shí)序報(bào)告看緩解了這部分的slack不足。

其實(shí)這里使用的是使用面積換取時(shí)間的方法，參考的例程里面由于需要在1個(gè)周期內(nèi)計(jì)算過(guò)多的數(shù)據(jù)量造成太大的延時(shí)，所以這部分的時(shí)序不會(huì)太高，而我們?cè)谶@個(gè)過(guò)程插入寄存器，分級(jí)計(jì)算，每個(gè)階段的時(shí)序提高了，整體部分的時(shí)序也達(dá)到了設(shè)計(jì)要求；

這種做法是很多人推崇的FPGA設(shè)計(jì)中的流水線設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)例，其原理就相當(dāng)于將一堆復(fù)雜的操作分割成幾個(gè)簡(jiǎn)單的操作，增加了電路面積但是由于每個(gè)部分的操作相對(duì)簡(jiǎn)單，所以運(yùn)行頻率可以得到相對(duì)的提升。

其實(shí)我這里發(fā)現(xiàn)有進(jìn)一步的改進(jìn)方案，可以在以太網(wǎng)芯片發(fā)送8個(gè)前導(dǎo)碼的同時(shí)，組成IP數(shù)據(jù)包頭并計(jì)算checksum，這樣的話checksum的計(jì)算是1周期還是3周期都不會(huì)影響發(fā)送流程的整體過(guò)程，修改的結(jié)果如下圖：

第二個(gè)改進(jìn)的地方如下圖，例程中發(fā)送以太幀首部信息采用了下圖這種方法；

這種寫(xiě)法看著很有C語(yǔ)言循環(huán)寫(xiě)法的風(fēng)格，感覺(jué)并不好，而且這個(gè)部分的時(shí)序報(bào)告也不太好；我起初想到的修改方法是類(lèi)似如下的方法：

這個(gè)修改的方法的意圖是這樣的，在SEND_HEADER狀態(tài)下，txd每次都發(fā)送ip_header的高八位，同時(shí)ip_header向左移動(dòng)8位，在發(fā)送完ip_header后，狀態(tài)機(jī)會(huì)跳出SEND_HEADER狀態(tài)。

但是，可能ip_header寬度過(guò)大，每次做移位操作造成較大延時(shí)，這么修改仍有部分時(shí)序標(biāo)紅，于是我又做出了如下修改：

通過(guò)狀態(tài)機(jī)和計(jì)數(shù)器的配合，解決了發(fā)送端口應(yīng)該在什么時(shí)候發(fā)送什么信息，避免做判斷和移位操作。

通過(guò)以上兩個(gè)措施，解決了一部分的時(shí)序裕量不足的問(wèn)題，但一波未平一波又起；在這個(gè)過(guò)程中在很多地方用了cnt寄存器作為計(jì)數(shù)器，于是時(shí)序報(bào)告中又產(chǎn)生了cnt寄存器與txd等信號(hào)的時(shí)序裕量不足的報(bào)告。

分析這個(gè)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，我們不難發(fā)現(xiàn)，在狀態(tài)跳轉(zhuǎn)，比如從發(fā)送MAC地址的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到發(fā)送IP首部信息的狀態(tài)，就是使用計(jì)數(shù)器技術(shù)到某一數(shù)值作為跳轉(zhuǎn)條件；而每次在狀態(tài)機(jī)使用計(jì)數(shù)器和閾值作比較，由于cnt寄存器的寬度較大，在比較的過(guò)程中也有延時(shí)，在高速時(shí)鐘下這點(diǎn)延時(shí)也會(huì)造成一定的影響。

又又又為了解決這個(gè)問(wèn)題，采用了如下圖的解決方案：

用wire類(lèi)型的flagxx信號(hào)代替原來(lái)的"cnt >= xxx"，看似沒(méi)什么變化，但是原來(lái)的比較方案中，當(dāng)電路運(yùn)行到判斷條件時(shí)，會(huì)進(jìn)行多bit的比較，在時(shí)鐘頻率較高時(shí)，也會(huì)對(duì)時(shí)序電路有所影響；而使用flag單bit信號(hào)做判斷之后，對(duì)時(shí)序電路的影響較小，時(shí)序電路的max_frequency可以有所提高。

由于接收時(shí)鐘沒(méi)有經(jīng)專(zhuān)用時(shí)鐘管腳引進(jìn)；全局時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)下，其他的物理輸入輸出信號(hào)延遲較?。欢颂幗邮諘r(shí)鐘被當(dāng)做一個(gè)普通IO信號(hào)引入，可能會(huì)造成其他的物理輸入輸出信號(hào)相對(duì)時(shí)鐘信號(hào)有較大延遲；又因?yàn)闀r(shí)鐘信號(hào)在時(shí)序電路中是驅(qū)動(dòng)其他信號(hào)工作，所以這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)（從普通IO口引入）的扇出一定很大，這也會(huì)造成一定的意料之外的延時(shí)。而這部分問(wèn)題，我還沒(méi)有找到一個(gè)很好的解決方法，可能時(shí)鐘信號(hào)沒(méi)有從專(zhuān)用時(shí)鐘管腳引入就是一個(gè)錯(cuò)誤，而我沒(méi)找到解決它的好辦法。

總結(jié)：

1. 將計(jì)算量較大，較多，較復(fù)雜的地方分級(jí)處理，中間插入寄存器，這樣可以提高時(shí)序裕量。
2. 使用狀態(tài)機(jī)代替循環(huán)和移位等操作。
3. 避免多比特信號(hào)的判斷比較，用單比特信號(hào)代替多比特信號(hào)的比較。
4. FPGA的隨路時(shí)鐘要通過(guò)專(zhuān)用時(shí)鐘管腳引入。