VHDL記述のポイント:genericによるモジュールのパラメータ化
| 設計内容分類 | FPGA |
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実現したい仕様・課題
バス幅やFIFOの深さ、カウンタの周期などが少しずつ異なるだけの類似モジュールを、それぞれ別ソースとして複製すると、共通部分の修正をすべての複製へ反映する必要が生じ、修正漏れの温床になります。1つのソースコードを設定違いで使い回せるようにしたいというのが課題です。
設計のポイント
モジュールの構成値はgeneric(ジェネリック)としてentity宣言に定義し、インスタンス化時にgeneric mapで値を与えることで、1つのソースコードから設定違いのモジュールを生成できます。genericにはビット幅・深さ・しきい値・タイマ値などの整数のほか、booleanや文字列も指定でき、既定値を設定しておけば省略時の動作も定義できます。内部の信号宣言やループ範囲はgeneric値と属性(’lengthなど)を使って記述し、リテラルの直書きを避けることで、generic変更が矛盾なく全体へ波及します。genericはVerilogのparameterに相当する仕組みですが、VHDLでは型検査が厳密に働くため、幅の不整合はコンパイル時に検出されます。generic値に基づくif-generate/for-generateと組み合わせれば、構成値に応じて回路構造そのものを切り替える(機能ブロックの有無、実装方式の選択)ことも可能です。汎用性を高めすぎてgenericが乱立すると使い方が分かりにくくなるため、実際に構成違いが必要なパラメータに絞って公開し、モジュールのヘッダコメントに各genericの意味と制約(最小値・最大値等)を明記しておくことが、再利用資産としての品質を高めます。
【コード例】
entity fifo is
generic (
WIDTH : integer := 8;
DEPTH : integer := 256
);
port (
din : in std_logic_vector(WIDTH-1 downto 0);
dout : out std_logic_vector(WIDTH-1 downto 0)
— …
);
end entity;
— インスタンス化時に上書き
u_fifo : entity work.fifo
generic map (WIDTH => 16, DEPTH => 512)
port map (din => d_in, dout => d_out);

補足情報
設計のポイント 一覧
FPGA設計のポイント
- verilog記述のポイント:always内の出力はできる限り少なくする
- 定数のビット幅明示
- FPGAによるスキャンコンバータの実装
- ストリーミングデータ参照による高速演算処理
- FPGAによるLCDコントローラの実装
- USB HS FIFOによる高速計測アプリケーションの実装
- verilog記述のポイント:連接演算子を使う
- verilog記述のポイント:複雑な組み合わせ回路にfunctionを使用する
- verilog記述のポイント:wireとregの違い
- verilog記述のポイント:双方向ピン(inout)を使用する
- verilog記述のポイント:モジュールの接続
- verilog記述のポイント:output regを使用する
- verilog記述のポイント:定数にparameterを使う
- verilog記述のポイント:二次元配列
- verilog記述のポイント:ブロッキング・ノンブロッキング
- DCFIFOによりクロックが異なる回路を接続し、開発リードタイム短縮
- PC搭載システムのダウンサイジング
- 複数のSPIデバイスの同時制御
- ソフトコアプロセッサ使用によるマイコンとゲートアレイのワンチップ化
- verilog記述のポイント:case文にはdefaultを必ず記述する
- verilog記述のポイント:クロック分周ではなくクロックイネーブルを使う
- verilog記述のポイント:generate文による繰り返し回路の生成
- verilog記述のポイント:signedを使った符号付き演算
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- verilog記述のポイント:演算結果のビット幅と桁あふれに注意する
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- verilog記述のポイント:シフトレジスタの記述
- verilog記述のポイント:エッジ検出回路の記述
- verilog記述のポイント:チャタリング除去(デバウンス)回路
- verilog記述のポイント:パイプライン化による動作周波数の向上
- verilog記述のポイント:演算子の優先順位は括弧で明示する
- verilog記述のポイント:`defineとparameterの使い分け
- VHDL記述のポイント:signal代入はプロセス終了時に反映される
- VHDL記述のポイント:processの感度リスト漏れに注意する
- VHDL記述のポイント:型変換の作法(std_logic_vector・unsigned・signed・integer)
- VHDL記述のポイント:others => ‘0’ を活用する
- VHDL記述のポイント:rising_edge(clk)を使う
- VHDL記述のポイント:列挙型でステートマシンの状態を定義する
- VHDL記述のポイント:record型で関連信号をまとめる
- VHDL記述のポイント:packageで共通定義を集約する
- VHDL記述のポイント:数値リテラルの記述と型の修飾
- verilog記述のポイント:taskで手続きをまとめる(functionとの違い)
- verilog記述のポイント:for文による組み合わせ回路の記述
- verilog記述のポイント:インデックス付きパートセレクト(+:)でビットフィールドを扱う
- verilog記述のポイント:valid/readyハンドシェイクによるデータ受け渡し
- verilog記述のポイント:同期FIFOの設計
- VHDL記述のポイント:subtypeで意味のある型名を定義する
- VHDL記述のポイント:std_ulogicでマルチドライバを検出する
- FPGA利用によるCPU負荷の削減
- VHDL記述のポイント:after句・wait文は合成対象外と心得る
- VHDL記述のポイント:booleanとstd_logicの使い分け
- VHDL記述のポイント:aliasで信号やスライスに別名を付ける
- VHDL記述のポイント:shift_left・shift_right関数によるシフト演算
- VHDL記述のポイント:resize関数でビット幅を変換する
- VHDL記述のポイント:functionとprocedureの使い分け
- verilog記述のポイント:$readmemhによるメモリ・ROMの初期化
- verilog記述のポイント:グレイコードカウンタで多ビット値をドメイン間へ渡す
- verilog記述のポイント:トグル同期によるクロックドメイン間のパルス受け渡し
- VHDL記述のポイント:port mapは名前による結合を使う
- VHDL記述のポイント:直接インスタンス化とcomponent宣言の使い分け
- VHDL記述のポイント:constantで定数を定義する
- VHDL記述のポイント:integerにはrange指定を付ける
- VHDL記述のポイント:属性(’range・’length)で幅に依存しない記述
- VHDL記述のポイント:配列型の定義と活用
- VHDL記述のポイント:genericによるモジュールのパラメータ化
- VHDL記述のポイント:同時処理文(when-else/with-select)とprocessの使い分け
- VHDL記述のポイント:numeric_stdを使う(std_logic_arithを避ける)
- VHDL記述のポイント:signalとvariableの違いと使い分け
- VHDL記述のポイント:std_logicとstd_logic_vectorを使う
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- verilog記述のポイント:ブロックRAMが推論される記述パターン
- verilog記述のポイント:ステートマシンの記述パターン
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- verilog記述のポイント:非同期リセットと同期リセットの使い分け
- verilog記述のポイント:組み合わせ回路のalwaysはalways @(*)で記述する



