ＦＰＧＡ 设计的四种常用思想与技巧
王诚 Ｌａｔｔｉｃｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
本文讨论的四种常用 ＦＰＧＡ／ＣＰＬＤ 设计思想与技巧：乒乓操作、串并转换、流水线操作、数据
接口同步化，都是 ＦＰＧＡ／ＣＰＬＤ 逻辑设计的内在规律的体现，合理地采用这些设计思想能在
ＦＰＧＡ／ＣＰＬＤ 设计工作种取得事半功倍的效果。
ＦＰＧＡ／ＣＰＬＤ 的设计思想与技巧是一个非常大的话题，由于篇幅所限，本文仅介绍一些常用的
设计思想与技巧，包括乒乓球操作、串并转换、流水线操作和数据接口的同步方法。希望本
文能引起工程师们的注意，如果能有意识地利用这些原则指导日后的设计工作，将
取得事半功倍的效果！
乒乓操作
“乒乓操作”是一个常常应用于数据流控制的处理技巧，典型的乒乓操作方法如图 １ 所示。
乒乓操作的处理流程为：输入数据流通过“输入数据选择单元”将数据流等时分配到两个数
据缓冲区，数据缓冲模块可以为任何存储模块，比较常用的存储单元为双口 ＲＡＭ（ＤＰＲＡＭ）、
单口 ＲＡＭ（ＳＰＲＡＭ）、ＦＩＦＯ 等。在第一个缓冲周期，将输入的数据流缓存到“数据缓冲模块 １”；
在第 ２ 个缓冲周期，通过“输入数据选择单元”的切换，将输入的数据流缓存到“数据缓冲
模块 ２”，同时将“数据缓冲模块 １”缓存的第 １ 个周期数据通过“输入数据选择单元”的
选择，送到“数据流运算处理模块”进行运算处理；在第 ３ 个缓冲周期通过“输入数据选择
单元”的再次切换，将输入的数据流缓存到“数据缓冲模块 １”，同时将“数据缓冲模块 ２”
缓存的第 ２ 个周期的数据通过“输入数据选择单元”切换，送到“数据流运算处理模块”进
行运算处理。如此循环。
乒乓操作的最大特点是通过“输入数据选择单元”和“输出数据选择单元”按节拍、相互配
合的切换，将经过缓冲的数据流没有停顿地送到“数据流运算处理模块”进行运算与处理。
把乒乓操作模块当做一个整体，站在这个模块的两端看数据，输入数据流和输出数据流都是
连续不断的，没有任何停顿，因此非常适合对数据流进行流水线式处理。所以乒乓操作常常
应用于流水线式算法，完成数据的无缝缓冲与处理。
乒乓操作的第二个优点是可以节约缓冲区空间。比如在 ＷＣＤＭＡ 基带应用中，１ 个帧是由 １５
个时隙组成的，有时需要将 １ 整帧的数据延时一个时隙后处理，比较直接的办法是将这帧数
据缓存起来，然后延时 １ 个时隙进行处理。这时缓冲区的长度是 １ 整帧数据长，假设数据速
率是 ３．８４Ｍｂｐｓ，１ 帧长 １０ｍｓ，则此时需要缓冲区长度是 ３８４００ 位。如果采用乒乓操作，只
需定义两个能缓冲 １ 个时隙数据的 ＲＡＭ（单口 ＲＡＭ 即可）。当向一块 ＲＡＭ 写数据的时候，从另
