Асинхронные примитивы для Xilinx FPGA

[vak]

Почему-то считается, что асинхронную логику нельзя засунуть в традиционную FPGA. Я решил поисследовать этот вопрос. Чем дольше разбираюсь, тем яснее становится, что это просто предубеждение. Я взял популярную плату Digilent Basys3 на основе чипа Xilinx Virtex-7, и стал смотреть, что тут можно сделать.

Основа асинхронной логики - несколько базовых примитивов: C-элемент, арбитр, S-элемент, T-элемент. Все их удалось реализовать на имеющейся FPGA. Вот, к примеру, как выглядит двухвходовый С-элемент Мюллера:


Это трёхвходовый С-элемент:


Арбитр штука более сложная. К счастью, нынешние чипы FPGA, так называемое семейство Xilinx 7 Series, в качестве базового элемента имеют логическую таблицу LUT6_2 с двумя независимыми выходами. Это даёт возможность построить асинхронный арбитр со стабильными характеристиками:


S-элемент и T-элемент представляют собой кирпичики для построения так называемых секвенсеров, блоков управления другими компонентами. В принципе, их можно собирать из С-элементов и базовой логики, но через LUT6_2 получается заметно компактнее:


Т-элемент вообще помещается в одну ячейку LUT6_2:

Comments

[vak]

Я ставлю ненужные входы в 0. Или их нужно явно к supply0 подключать?

[spamsink]

Похоже, что инстансы с именами примитивов синтезатор вообще не трогает, и константа превращается в ничто. Значит, нужно явно к GND подключать.

[vak]

Поставил GND вместо 0 на неиспользуемых входах. Без разницы: ругается ровно так же. Причём ругается только на LUT6_2. Ровно в той же ситуации LUT4 с одним занулённым входом проходит чисто.

WARNING: [DRC 23-20] Rule violation (PDCN-1569) LUT equation term check - Used physical LUT pin 'A5' of cell m9/m/f/LUT6 (in m9/m/f macro) is not included in the LUT equation: 'O6=(A1*(~A2)*(~A6))+((~A1)*A2*A6)'. If this cell is a user instantiated LUT in the design, please remove connectivity to the pin or change the equation and/or INIT string of the LUT to prevent this issue. If the cell is inferred or IP created LUT, please regenerate the IP and/or resynthesize the design to attempt to correct the issue.

[spamsink]

Выходит, наоборот, если пин не используется, то его вообще отключить надо? В каждой версии у них свои заморочки, бардак какой-то.

[vak]

Пробовал отключать. Ничего не меняется, всё та же ругань.