FPGA代码整洁之道3- 信号命名和定义应该明确

fpgayang

在设计中，我们不断的给目录、源代码、文件、函数、变量、参数、类、封包进行命名与定义。当一件工作需要进行的次数非常之多，足以证明它是不可或缺的基本工作。我们一定要知道一点，基础工作是整个项目的基石。忽视抑或是轻视基础工作是一件非常错误的工作理念。我们需要用最严谨认真的态度去对待，同时作为回报，它将令你的作品显得专业而优雅。

我们以信号的定义为例来说明这个问题。先来看这么一组代码：

1    2    3    4    5    6    7    8    9    10    11    12    13    14    15    16    17    18    19    20    21    22    23    24    25    26    27    28    29    30    31    32    33    34    35    36    37    38    39    40    41    42    4344    45    464748

always @(posedge clk or negedge rst_n)begin        if(!rst_n)begin            cnt <= 0;        end        else if(add_cnt)begin            if(end_cnt)                cnt <= 0;            else                cnt <= cnt + 1;        end    end       assign add_cnt = flag1||flag2 ;            assign end_cnt = add_cnt && cnt==x-1 ;       always  @(posedge clk or negedge  rst_n)begin        if(rst_n==1'b0)begin            flag1 <= 1'b0;        end        else if(en1)begin            flag1 <= 1'b1;        end        else if(end_cnt)begin            flag1 <= 1'b0;        end    end       always  @(posedge clk or negedge  rst_n)begin        if(rst_n==1'b0)begin            flag2 <= 1'b1;        end        else if(en2)begin            flag2 <= 1'b1;        end        else if(end_cnt)begin            flag2 <= 1'b0;        end    end       always  @(*)begin        if(flag1)            x = 5;        else if(flag2)            x = 7;        else begin            x = 0;        end    end

这组代码的功能是当en1时计数5下；en2计数7下。在这组代码中，en1时flag1拉高；end-cnt时flag1变低；en2时flag2拉高；end-cnt时flag2变低；也就是在flag1或者flag2时加一，然后用flag1和flag2分别区分计数5下和7下。

尽管能够实现功能，但是在这组代码中，存在信号定义不明确得现象。 flag1和flag2到底是什么意思？是表示flag1（flag2）时en1产生，还是en1（en2）时的计数状态？为说明这一点就得用到XXXXX (写加一条件时需要用到add_cnt = flag1||flag2)语句。

这里重申一下我们很重要的那条简单原则，一个代码（信号）只做一件事且做好这件事！按照这个规则，思路就是这样了：用一个信号flag1来表示计数状态，另外一个信号flag2表示是由en1还是en2所产生。那么，加一与否的条件非常简单，就是是否处于工作状态（flag1）；同理，计数5或者7下只需要使用flag2一个信号。那么代码就会是这样：

1    2    3    4    5    6    7    8    9    10    11    12    13    14    15    16    17    18    19    20    21    22    23    24    25    26    27    28    29    30    31    32    33    34    35    36    37    3839    404142    43    44    45

always @(posedge clk  or negedge rst_n)begin        if(!rst_n)begin            cnt <= 0;        end        else if(add_cnt)begin            if(end_cnt)                cnt <= 0;            else                cnt <= cnt + 1;        end    end       assign add_cnt =  flag1 ;          assign end_cnt =  add_cnt && cnt==x-1 ;       always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin        if(rst_n==1'b0)begin            flag1 <= 1'b0;        end        else if(en1||en2 )begin            flag1 <= 1'b1;        end        else if(end_cnt)begin            flag1 <= 1'b0;        end    end       always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin        if(rst_n==1'b0)begin            flag2 <= 1'b1;        end        else if(en1)begin            flag2 <= 1'b0;        end        else if(en2)begin            flag2 <= 1'b1;        end    end       always  @(*)begin        if(flag==0)            x = 5;        else            x = 7;    end

看到这里，也许有些朋友会觉得：好像区别没那么大啊？ok，我们假设一下，如果程序中不仅是是en1,en2，而是有en3,en4……enX，又或者将来需要维护和优化，这两者的区别将会天壤之别。

关于信号定义方面，《至简设计法》的作者潘文明给出了一个近乎完美的答案。例如在计数器代码设计中的“架构八步法”，第一步就是明确定义信号，用具体、清晰且无疑异的语句，定义每个信号所要实现的功能，以及重点描述信号的变化情况。如下图中的信号列表。

信号列表。(4)（用文字版）

信号名	I/O	位宽	说明
clk	I	1	系统工作时钟
rst_n	I	1	系统复位信号
Din_sop	I	1	当vld=1时才有效，输入报文头指示信号
Din_eop	I	1	当vld=1时才有效，输入报文尾指示信号
Din_vld	I	1	输入数据有效标志，高电平有效
Din_err	I	1	输入报文错误标志，在eop有效时才有效
din	I	8	输入数据总线
Dout_sop	O	1	当vld=1时才有效，输出报文头指示信号
Dout_eop	O	1	当vld=1时才有效，输出报文尾指示信号
Dout_vld	O	1	输出数据有效标志，高电平有效
dout	O	8	输出数据总线
Dout_err	O	1	输出报文错误标志，在eop有效时才有效

从中可以看出，优秀的FPGA设计师一开始就从顶层结构明确定义信号，将可能出现的混乱从根源上解决。这样的思路和方法实在非常值得我们每一位从业者学习和借鉴。

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