1. 面積與速度的平衡與互換

這里的面積指一個設計消耗FPGA/CPLD的邏輯資源的數量，對于FPGA可以用消耗的FF（觸發器）和LUT（查找表）來衡量，更一般的衡量方式可以用設計所占的等價邏輯門數。

速度指設計在芯片上穩定運行所能達到的最高頻率，這個頻率由設計的時序狀況來決定，以及設計滿足的時鐘要求：PAD to PAD time 、Clock Setup Time、Clock Hold Time、Clock-to-Output Delay等眾多時序特征量密切相關。

面積和速度這兩個指標貫穿FPGA/CPLD設計的時鐘，是設計質量的評價的終極標準 —— 面積和速度是一對對立統一的矛盾體。

要求一個同時具備設計面積最小、運行頻率最高是不現實的。更科學的設計目標應該是在滿足設計時序要求（包括對設計頻率的要求）的前提下，占用最小的芯片面積。或者在所規定的面積下，是設計的時序余量更大、頻率跑的更高。這兩種目標充分體現了面積和速度的平衡的思想。　　

2. 硬件原則

硬件原則主要針對HDL代碼編寫而言：Verilog是采用了C語言形式的硬件的抽象，它的本質作用在于描述硬件，它的最終實現結果是芯片內部的實際電路。所以評判一段HDL代碼的優劣的最終標準是：其描述并實現的硬件電路的性能，包括面積和速度兩個方面。

初學者片面追求代碼的整潔、簡短，是錯誤的，是與HDL的標準背道而馳的。正確的編碼方法，首先要做到對所需實現的硬件電路胸有成竹，對該部分的硬件的結構和連接十分清晰，然后再用適當的HDL語句表達出來即可。

3. 系統原則

系統原則包含兩個層次的含義：更高層面上看，是一個硬件系統，一塊單板如何進行模塊花費和任務分配，什么樣的算法和功能適合放在FPGA里面實現，什么樣的算法和功能適合放在DSP/CPU里面實現，以及FPGA的規模估算數據接口設計等。具體到FPGA設計就要對設計的全局有個宏觀上的合理安排，比如時鐘域、模塊復用、約束、面積、速度等問題，在系統上模塊的優化最為重要。

比如FPGA一般觸發器資源豐富，CPLD的組合邏輯資源更加豐富。FPGA/CPLD一般是由底層可編程硬件單元、BRAM、布線資源、可配置IO單元、時鐘資源等構成。　　

一般的FPGA系統規劃的簡化流程

4. 同步設計原則

異步電路的邏輯核心是用組合邏輯電路實現，比如異步的FIFO/RAM讀寫信號，地址譯碼等電路。電路的主要信號、輸出信號等并不依賴于任何一個時鐘性信號，不是由時鐘信號驅動FF產生的。異步時序電路的最大缺點是容易產生毛刺，在布局布線后仿真和用邏輯分析儀觀測實際信號時，這種毛刺尤其明顯。

同步時序電路的核心邏輯用各種各樣的觸發器實現，電路的主要信號、輸出信號都是由某個時鐘沿驅動觸發器產生出來的。同步時序電路可以很好的避免毛刺，布局布線后仿真，和用邏輯分析儀采樣實際工作信號都沒有毛刺。　　

5. 乒乓操作

“ 乒乓操作 ” 是一個常常應用于數據流控制的處理技巧，乒乓操作的處理流程為：輸入數據流通過 “ 輸入數據選擇單元 ” 將數據流等時分配到兩個數據緩沖區，數據緩沖模塊可以為任何存儲模塊，比較常用的存儲單元為雙口 RAM(DPRAM) 、單口 RAM(SPRAM) 、 FIFO 等。

6. 串并轉換設計技巧

串并轉換是 FPGA 設計的一個重要技巧，它是數據流處理的常用手段，也是面積與速度互換思想的直接體現。串并轉換的實現方法多種多樣，根據數據的排序和數量的要求，可以選用寄存器、 RAM 等實現。

7. 流水線操作設計思想

首先需要聲明的是，這里所講述的流水線是指一種處理流程和順序操作的設計思想，并非 FPGA 、 ASIC 設計中優化時序所用的 “Pipelining” 。

流水線處理是高速設計中的一個常用設計手段。如果某個設計的處理流程分為若干步驟，而且整個數據處理是 “ 單流向 ” 的，即沒有反饋或者迭代運算，前一個步驟的輸出是下一個步驟的輸入，則可以考慮采用流水線設計方法來提高系統的工作頻率。

8. 數據接口的同步方法

數據接口的同步是 FPGA/CPLD 設計的一個常見問題，也是一個重點和難點，很多設計不穩定都是源于數據接口的同步有問題。在電路圖設計階段，一些工程師手工加入 BUFT 或者非門調整數據延遲，從而保證本級模塊的時鐘對上級模塊數據的建立、保持時間要求。

還有一些工程師為了有穩定的采樣，生成了很多相差 90 度的時鐘信號，時而用正沿打一下數據，時而用負沿打一下數據，用以調整數據的采樣位置。這兩種做法都十分不可取，因為一旦芯片更新換代或者移植到其它芯片 組的芯片上，采樣實現必須重新設計。而且，這兩種做法造成電路實現的余量不夠，一旦外界條件變換 ( 比如溫度升高 ) ，采樣時序就有可能完全紊亂，造成電路癱瘓。

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總結

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