【博文精选】HDL Coding——不要为你的移位寄存器复位！ ​

移位寄存器在HDL设计中很常见，尤其是在Pipeline设计中，经常会使用移位寄存器去增加某一个路径的Latency。下面是一个简单的移位寄存器的例子：

图中红色框框圈出来的是综合约束，主要作用是避免综合工具将移位寄存器优化为移位寄存器查找表（SRL，Shift Register LUT）。此时综合工具综合的结果如下图所示（这应该是符合很多初学者的预期的）：

注：综合工具优化的结果是合理且最优的，这里禁止其优化，仅仅是为了对比结果。

其MAP之后的资源利用情况为：160个寄存器，48个Slices，0个LUT4。

如果删除综合约束，或者将综合约束改为/* synthesis syn_preserve=0 */，则综合的结果为：

此时，MAP之后的资源利用情况为：39个寄存器，60个Slices，84个LUT4。相比之下，综合优化之后消耗了更多的Slice。

注：这里解释一下资源之间的关系，Lattice ECP5系列的FPGA每个PFU包含4个Slice，每个Slice包含2个LUT4和2个寄存器，以及相关的进位链（Carry Chain）资源，如下图所示。当然，FPGA还包含了一些IO上的寄存器资源。我们在分析资源消耗情况的时候，首要考虑的应该是Slice的消耗情况。

一般情况下，我们建议为所有的寄存器复位，以使得系统复位后处于一个确定的状态。但是对于SRL而言，复位并非是必要的，往往只需要为SRL前面的一级寄存器和后面的一级寄存器复位即可。如果我们删除SRL的寄存器，如下图所示：

此时，MAP之后的资源消耗情况为：34个寄存器，25个Slice和50个LUT。可以发现此时仅仅消耗了25个Slice，因为与SRL复位相关的逻辑都没丢弃了。去除了复位的SRL不仅消耗了更少的资源，往往也能够取得更高的运行速度（设计的Fmax更高）。

一般情况下，资源消耗情况为：有复位的RSL设计＞禁止综合工具优化的移位寄存器设计＞没有复位的SRL设计；

Fmax为：禁止综合工具优化的移位寄存器设计＞没有复位的SRL设计＞有复位的SRL设计。

当然这也不是绝对，具体还和综合工具以及目标器件的结构有关系。

 

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