Verilog 流水线设计[通俗易懂]

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一、什么是流水线

流水线设计就是将组合逻辑系统地分割，并在各个部分（分级）之间插入寄存器，并暂存中间数据的方法。 目的是将一个大操作分解成若干的小操作，每一步小操作的时间较小，所以能提高频率，各小操作能并行执行，所以能提高数据吞吐率（提高处理速度）。

二、什么时候用流水线设计

使用流水线一般是时序比较紧张，对电路工作频率较高的时候。典型情况如下：

• 1）功能模块之间的流水线，用乒乓 buffer 来交互数据。代价是增加了 memory 的数量，但是和获得的巨大性能提升相比，可以忽略不计。
• 2） I/O 瓶颈，比如某个运算需要输入 8 个数据，而 memroy 只能同时提供 2 个数据，如果通过适当划分运算步骤，将大操作分解成小操作就有可能每次只需要2个数据，使用流水线也会减少面积。
• 3）片内 sram 的读操作，因为 sram 的读操作本身就是两级流水线，除非下一步操作依赖读结果，否则使用流水线是自然而然的事情。
• 4）组合逻辑太长，比如(a+b)*c，那么在加法和乘法之间插入寄存器是比较稳妥的做法。

三、使用流水线的优缺点

1）优点： 流水线缩短了在一个时钟周期内信号必须通过的通路长度，增加了数据吞吐量，从而可以提高时钟频率，但也导致了数据的延时。举例如下：

例如：一个 2 级组合逻辑&#

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