インテル® Quartus® Prime プロ・エディションのユーザーガイド: デザインの推奨事項

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ID 683082
日付 8/03/2023
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ドキュメント目次
ドキュメント目次 x
1. 推奨されるHDLコーディング・スタイル 2. 推奨されるデザイン手法 3. インテル® Quartus® Prime開発ソフトウェアによるメタスタビリティーの管理 4. インテル® Quartus® Prime プロ・エディションのユーザーガイド: デザインの推奨事項のアーカイブ A. インテル® Quartus® Prime プロ・エディションのユーザーガイド
1. 推奨されるHDLコーディング・スタイル x
1.1. 提供されているHDLテンプレートの使用 1.2. HDLでのIPコアのインスタンス化 1.3. 乗算器とDSP機能の推論 1.4. HDLコードからのメモリー機能の推論 1.5. レジスターおよびラッチのコーディング・ガイドライン 1.6. 全体的なコーディング・ガイドライン 1.7. 低レベルのプリミティブを使用するデザイン 1.8. HDLコードにおけるクロスモジュール参照 (XMR) 1.9. HDLコードでの force ステートメントの使用 1.10. 推奨されるHDLコーディング・スタイルの改訂履歴
1.1. 提供されているHDLテンプレートの使用 x
1.1.1. 提供されているテンプレートからのHDLコードの挿入
1.3. 乗算器とDSP機能の推論 x
1.3.1. 乗算器の推論 1.3.2. 乗累および積和関数の推論
1.4. HDLコードからのメモリー機能の推論 x
1.4.1. HDLコードからのRAM機能の推論 1.4.2. HDLコードからのROM機能の推論 1.4.3. HDLコードでのシフトレジスターの推論 1.4.4. HDLコードでのFIFOの推論
1.4.1. HDLコードからのRAM機能の推論 x
1.4.1.1. 同期メモリーブロックの使用 1.4.1.2. サポートされないリセットおよびコントロール条件の回避 1.4.1.3. Read-During-Write動作の確認 1.4.1.4. RAMの推論と実装の制御 1.4.1.5. シングルクロック同期RAM (古いデータでのRead-During-Write動作) 1.4.1.6. シングルクロック同期RAM (新しいデータでのRead-During-Write動作) 1.4.1.7. シンプル・デュアルポート、デュアルクロック同期RAM 1.4.1.8. トゥルー・デュアルポート同期RAM 1.4.1.9. 混合幅デュアルポートRAM 1.4.1.10. バイト・イネーブル信号を備えるRAM 1.4.1.11. 電源投入時の初期のメモリーコンテンツの指定
1.4.3. HDLコードでのシフトレジスターの推論 x
1.4.3.1. シンプルなシフトレジスター 1.4.3.2. 等間隔のタップを備えるシフトレジスター
1.4.4. HDLコードでのFIFOの推論 x
1.4.4.1. Verilog HDLデュアルクロックFIFOの例 1.4.4.2. デュアルクロックFIFOのタイミング制約
1.5. レジスターおよびラッチのコーディング・ガイドライン x
1.5.1. 電源投入時のレジスター値 1.5.2. レジスターの二次コントロール信号 (クリアおよびクロックイネーブルなど) 1.5.3. ラッチ
1.5.1. 電源投入時のレジスター値 x
1.5.1.1. 電源投入時の値の指定
1.5.3. ラッチ x
1.5.3.1. 意図しないラッチ生成の回避 1.5.3.2. ラッチの正しい推論
1.6. 全体的なコーディング・ガイドライン x
1.6.1. トライステート信号 1.6.2. クロックの多重化 1.6.3. 加算器ツリー 1.6.4. HDLにおけるステートマシンに関するガイドライン 1.6.5. マルチプレクサーのHDLガイドライン 1.6.6. 巡回冗長検査機能 1.6.7. コンパレーターに関するHDLガイドライン 1.6.8. カウンターに関するHDLガイドライン
1.6.3. 加算器ツリー x
1.6.3.1. アダプティブ・ロジック・モジュールでの6入力LUTを備えるアーキテクチャー 1.6.3.2. 加算器ツリースタイルの変更
1.6.4. HDLにおけるステートマシンに関するガイドライン x
1.6.4.1. ステートマシンの起動 1.6.4.2. Verilog HDLのステートマシン 1.6.4.3. VHDLのステートマシン
1.6.4.2. Verilog HDLのステートマシン x
1.6.4.2.1. Verilog-2001のステートマシン・コーディング例 1.6.4.2.2. SystemVerilogのステートマシン・コーディング例
1.6.4.3. VHDLのステートマシン x
1.6.4.3.1. VHDLのステートマシン・コーディング例
1.6.5. マルチプレクサーのHDLガイドライン x
1.6.5.1. マルチプレクサーの再構築に向けた インテル® Quartus® Prime開発ソフトウェアのオプション 1.6.5.2. マルチプレクサーのタイプ 1.6.5.3. IF ステートメントの暗黙的デフォルト 1.6.5.4. default または OTHERS を使用する CASE 割り当て
1.6.5.2. マルチプレクサーのタイプ x
1.6.5.2.1. バイナリー・マルチプレクサー 1.6.5.2.2. セレクター・マルチプレクサー 1.6.5.2.3. プライオリティー・マルチプレクサー
1.6.6. 巡回冗長検査機能 x
1.6.6.1. パフォーマンスが重要な場合の速度の最適化 1.6.6.2. カスケードステージに代わる個別のCRCブロックの使用 1.6.6.3. ブロックのマージに代わる個別のCRCブロックの使用 1.6.6.4. 可能な場合のレイテンシーの活用 1.6.6.5. 使用していない場合にCRCブロックを無効にすることでの消費電力削減 1.6.6.6. 同期ロード (sload) 信号によるデバイスの初期化
2. 推奨されるデザイン手法 x
2.1. FPGA同期デザイン手法の順守 2.2. HDLのデザイン・ガイドライン 2.3. クロックおよびレジスター・コントロール・アーキテクチャー機能の使用 2.4. エンベデッドRAMの実装 2.5. デザイン・アシスタントにおけるデザイン規則のチェック 2.6. 推奨されるデザイン手法の改訂履歴
2.1. FPGA同期デザイン手法の順守 x
2.1.1. 同期デザインの実装 2.1.2. 非同期デザインの危険性
2.2. HDLのデザイン・ガイドライン x
2.2.1. インテル® Hyperflex™ FPGAアーキテクチャーにおける考慮事項 2.2.2. 組み合わせロジックの最適化 2.2.3. クロックスキームの最適化 2.2.4. 物理的な実装とタイミング・クロージャーの最適化 2.2.5. 消費電力の最適化 2.2.6. デザインのメタスタビリティーの管理
2.2.2. 組み合わせロジックの最適化 x
2.2.2.1. 組み合わせループの回避 2.2.2.2. 意図しないラッチ推論の回避 2.2.2.3. クロックパスでの遅延チェーンの回避 2.2.2.4. 同期パルス・ジェネレーターの使用
2.2.3. クロックスキームの最適化 x
2.2.3.1. 組み合わせロジックの出力のレジスター 2.2.3.2. 非同期クロック分周の回避 2.2.3.3. リップルカウンターの回避 2.2.3.4. クロック多重化の使用 2.2.3.5. ゲート付きクロックの使用 2.2.3.6. 同期クロックイネーブルの使用
2.2.3.5. ゲート付きクロックの使用 x
2.2.3.5.1. 推奨されるクロック・ゲーティング手法
2.2.4. 物理的な実装とタイミング・クロージャーの最適化 x
2.2.4.1. 物理的な実装のプランニング 2.2.4.2. FPGAリソースのプランニング 2.2.4.3. タイミング・クロージャーに向けた最適化 2.2.4.4. クリティカル・タイミング・パスの最適化
2.3. クロックおよびレジスター・コントロール・アーキテクチャー機能の使用 x
2.3.1. グローバル・リセット・リソースの使用 2.3.2. グローバル・クロック・ネットワーク・リソースの使用 2.3.3. クロック領域割り当てによるクロック制約の最適化 2.3.4. 非同期レジスター・コントロール信号の回避
2.3.1. グローバル・リセット・リソースの使用 x
2.3.1.1. 同期リセットの使用 2.3.1.2. 非同期リセットの使用 2.3.1.3. 同期非同期リセットの使用
2.3.3. クロック領域割り当てによるクロック制約の最適化 x
2.3.3.1. インテル® Stratix® 10デバイスにおけるクロック領域割り当て 2.3.3.2. インテル® Arria® 10および以前のデバイスファミリーでのクロック領域割り当て
2.5. デザイン・アシスタントにおけるデザイン規則のチェック x
2.5.1. デザイン・アシスタントのセットアップ 2.5.2. コンパイル時のデザイン・アシスタントの実行 2.5.3. 解析モードでのデザイン・アシスタントの実行 2.5.4. デザイン・アシスタントからのクロスプローブ 2.5.5. デザイン・アシスタント規則の管理 2.5.6. デザイン・アシスタント規則のカテゴリー
2.5.1. デザイン・アシスタントのセットアップ x
2.5.1.1. デザイン・アシスタント規則の重大度
2.5.2. コンパイル時のデザイン・アシスタントの実行 x
2.5.2.1. デザイン・アシスタント規則のヘルプへのアクセス
2.5.3. 解析モードでのデザイン・アシスタントの実行 x
2.5.3.1. Chip Plannerからのデザイン・アシスタントの起動 2.5.3.2. タイミング・アナライザーからのデザイン・アシスタントの起動
2.5.4. デザイン・アシスタントからのクロスプローブ x
2.5.4.1. デザイン・アシスタントからタイミング・アナライザーへのクロスプローブ 2.5.4.2. デザイン・アシスタントから視覚化ツールへのクロスプローブ
2.5.5. デザイン・アシスタント規則の管理 x
2.5.5.1. デフォルトの規則ごとの違反数の変更 2.5.5.2. 特定のコンパイラー・ステージに対する規則の有効化 2.5.5.3. 特定のコンパイラー・ステージに対する規則のパラメーターの指定 2.5.5.4. 規則の重大度レベルの変更 2.5.5.5. デザイン・アシスタント規則の免除 2.5.5.6. デザイン・アシスタントのタグ
2.5.5.5. デザイン・アシスタント規則の免除 x
2.5.5.5.1. デザイン・アシスタントにおける規則免除の作成 2.5.5.5.2. Design Assistant Waiverダイアログボックス 2.5.5.5.3. デザイン・アシスタントにおける規則免除の削除 2.5.5.5.4. デザイン・アシスタント規則免除のTclコマンド 2.5.5.5.5. drc::add_waiverコマンド 2.5.5.5.6. drc::get_waiversコマンド 2.5.5.5.7. drc::report_waiversコマンド
3. インテル® Quartus® Prime開発ソフトウェアによるメタスタビリティーの管理 x
3.1. インテル® Quartus® Prime開発ソフトウェアでのメタスタビリティー解析 3.2. メタスタビリティーとMTBFのレポート 3.3. MTBFの最適化 3.4. メタスタビリティーの影響の軽減 3.5. スクリプティングのサポート 3.6. メタスタビリティーの管理 3.7. インテル® Quartus® Prime開発ソフトウェアによるメタスタビリティーの管理の改訂履歴
3.1. インテル® Quartus® Prime開発ソフトウェアでのメタスタビリティー解析 x
3.1.1. データの同期レジスターチェーン 3.1.2. メタスタビリティー解析に向けたシンクロナイザーの特定 3.1.3. タイミング制約がシンクロナイザーの識別とメタスタビリティー解析におよぼす影響
3.2. メタスタビリティーとMTBFのレポート x
3.2.1. メタスタビリティー・レポート 3.2.2. MTBF計算におけるシンクロナイザーのデータ・トグル・レート
3.2.1. メタスタビリティー・レポート x
3.2.1.1. MTBF概要レポート 3.2.1.2. シンクロナイザー概要レポート 3.2.1.3. タイミング・アナライザーのシンクロナイザー・チェーン統計レポート
3.2.1.1. MTBF概要レポート x
3.2.1.1.1. デザインの標準的なMTBFとワーストケースのMTBF 3.2.1.1.2. シンクロナイザー・チェーン 3.2.1.1.3. 利用可能なセトリングタイムの増加
3.3. MTBFの最適化 x
3.3.1. 同期レジスターチェーン長
3.4. メタスタビリティーの影響の軽減 x
3.4.1. タイミング・アナライザーに向けた完全なシステム中心のタイミング制約の適用 3.4.2. 同期レジスター識別の強制 3.4.3. シンクロナイザーにおけるデータ・トグル・レートの設定 3.4.4. フィット時のメタスタビリティー最適化 3.4.5. シンクロナイザーを長くすることによる保護および最適化 3.4.6. シンクロナイザーで使用するステージ数の増加 3.4.7. より高速なスピードグレードのデバイスの選択
3.5. スクリプティングのサポート x
3.5.1. メタスタビリティー解析に向けたシンクロナイザーの特定 3.5.2. MTBF計算におけるシンクロナイザーのデータ・トグル・レート 3.5.3. report_metastabilityとTclコマンド 3.5.4. MTBFの最適化 3.5.5. 同期レジスターチェーン長
1. 推奨されるHDLコーディング・スタイル
2. 推奨されるデザイン手法
3. インテル® Quartus® Prime開発ソフトウェアによるメタスタビリティーの管理
4. インテル® Quartus® Prime プロ・エディションのユーザーガイド: デザインの推奨事項のアーカイブ
A. インテル® Quartus® Prime プロ・エディションのユーザーガイド

2.3.2. グローバル・クロック・ネットワーク・リソースの使用

インテルFPGAは、デバイス全体のグローバルクロック配線リソースと専用の入力を提供します。利用可能な場合は、FPGAの低スキュー、高ファンアウトの専用配線を使用します。

クロック入力をこれらの専用クロックピンの1つに割り当てる、もしくは インテル® Quartus® Primeの割り当てを使用してグローバル配線を割り当てることにより、クロック信号で使用可能な専用配線を有効に活用することができます。

ASICデザインでは、デバイス全体に分布するクロック遅延のバランスを保つ必要があります。インテルFPGAはデバイス全体のグローバルクロック配線リソースと専用入力を提供するため、クロック・ネットワークの遅延のバランスを手動で調整する必要はありません。

デザイン内のクロック数は、FPGAで利用可能な専用グローバル・クロック・リソース数に制限します。複数の位置に供給しているクロックにグローバル配線を使用しないと、デバイス全体でクロックスキューが発生し、タイミングの問題が発生することがあります。また、内部クロックを組み合わせロジックを使用して生成すると、クロックパスに追加遅延が発生します。クロックラインでの遅延により、2つのレジスター間のデータパス長よりも大きいクロックスキューが発生する可能性があります。クロックスキューがデータ遅延よりも大きい場合、レジスターのタイミング・パラメーター (ホールド時間要件など) に違反し、デザインが正しく機能しません。

FPGAは低スキューのグローバル配線リソースを提供することで、高ファンアウトの信号を伝達します。これらのリソースは、複数のクロックドメインを備える大規模デザインの実装に役立ちます。多くの大型FPGAデバイスは、専用のグローバル・クロック・ネットワーク、リージョナル・クロック・ネットワーク、および専用の高速リージョナル・クロック・ネットワークを提供します。これらのクロックは階層的なクロック構造に編成されており、各デバイス領域で複数のクロックを低スキューおよび低遅延で使用することができます。通常、複数の専用クロックピンがあり、グローバル・クロック・ネットワークまたはリージョナル・クロック・ネットワークを駆動します。また、PLL出力と内部クロックの両方でさまざまなクロック・ネットワークを駆動することができます。

インテル® Stratix® 10デバイスは新しいアーキテクチャーを採用しています。 インテル® Stratix® 10のクロックリソースをコンフィグレーションし、さまざまなサイズ (単一のクロックセクターからデバイス全体に至るまで) のバランスのとれたクロックツリーを効率的に作成することができます。デフォルトでは、 インテル® Quartus® Prime開発ソフトウェアはクロックツリーのサイズと位置を自動的に決定します。また、クロックツリーのサイズと位置は直接制約することも可能です。その場合は、クロック領域割り当てまたはLogic Lock領域を使用します。

特定のクロックドメインのクロックスキューを低減し、そのクロックドメインでホールド時間が満たされるようにするには、各クロック信号をFPGAデバイスのグローバルな高ファンアウト、低スキューのクロック・ネットワークのいずれかに割り当てます。 インテル® Quartus® Prime開発ソフトウェアは、高ファンアウトのコントロール信号、PLL出力、およびデバイスのグローバル・クロック・ピンに供給している信号にグローバル配線リソースを自動的に割り当てます。開発ソフトウェアに対してグローバル配線を特定の信号に割り当てるように指示するには、Assignment Editorで Global Signal オプションをオンにします。

注: グローバル信号の割り当ては、指定されている専用リソースを使用して信号を昇格するかを制御するだけです。使用するリソースの指定や数の制御を行うものではありません。

デザインの配線リソースを最大限に活用するには、クロック信号のソース (入力クロックピンまたは内部生成クロック) でレジスターのクロック入力ポートのみを駆動するようにします。古いインテルデバイスファミリーでは、クロック信号をレジスターのデータポートに供給すると、その信号では専用配線を使用できないことがあり、パフォーマンスの低下とクロックスキューの問題につながる可能性があります。一般的に、クロック信号でレジスターのデータポートを駆動できるようにすることは、同期デザインとはみなされず、タイミング・クロージャーを複雑にする可能性があります。

レベル 2 の表題