数字电路中关键路径的选取
在数字电路设计中，关键路径的选取是一项非常重要的任务。所谓关键路径，就是在电路中频繁调用、延迟过长、或者产生意外的几率比较大的线路。选取关键路径的目的是为了优化电路设计，提高电路的性能和可靠性。
在组合电路中，关键路径的选取可以通过简单的逻辑操作来实现。例如，假设我们有一个组合电路的逻辑表达式为：q = a&b&c | d&e&b；我们可以将其拆分为两个部分：q = (a&c | d&e)&b；这样，我们可以将关键路径b提取出来，并将其作为一级的输出。
在always块中，关键路径的选取可以通过分步法来实现。例如，假设我们有一个always块的代码为：
```
always @(in) begin
if (!a) begin
if (c && (!b && e)) out = out1;
else out = out2;
end else if (b && e) out = out1;
end
```
我们可以将其拆分为两个步骤：第一步，当e = 1时，我们可以将关键路径提取出来：if (!a) if (c && (!b)) out = out1; else out = out2；第二步，当e = 0时，我们可以将关键路径提取出来：if (!a) out = out2；这样，我们可以将always块重写为：
```
always @(in) begin
if (e) begin
if (!a) if (c && (!b)) out = out1; else out = out2;
end else if (!a) out = out2;
end
```
在FSM（Finite State Machine）中的关键路径选取是一项非常重要的任务。FSM是FPGA设计的基础部分，用于描述digital电路的行为。对于FSM，我们可以将其分为多个状态，每个状态都有其特定的输出。为了选取关键路径，我们可以将FSM分为两个部分：主FSM和次FSM。主FSM用于描述电路的主要行为，而次FSM用于描述电路的次要行为。
例如，假设我们有一个简单的FSM，其代码为：
```
parameter s0 = 0;
parameter s1 = 1;
parameter s2 = 2;
parameter s3 = 3;
input in1, in2, in3, set;
reg [1:0] nextstate, currentstate;
always @(in1 or in2 or in3 or currentstate) begin
nextstate = s0; // start state
case (currentstate)
s0: if (in1 && !set) nextstate = s1; else if (set) nextstate = s2;
s1: if (in2 && set) nextstate = s3; else if (!set) nextstate = s2;
s2: if (set) nextstate = s3;
s3: if (in3) nextstate = s0;
default: nextstate = s0;
endcase
end
```
我们可以将其分为两个部分：第一步，将状态机中的关键路径去掉，这里的关键路径为set；第二步，将次FSM重写为：
```
reg [1:0] temp;
always @(in1 or in2 or in3 or currentstate) begin
nextstate = s0; // start state
temp = s0;
case (currentstate)
s0: if (in1) temp = s1;
s1: if (in2) temp = s3;
s2: temp = temp;
s3: if (in3) temp = s0;
default: temp = s0;
endcase
end
always @(temp or currentstate or set) begin
case (currentstate)
s0: if (!set) nextstate = temp; else nextstate = s2;
s1: if (set) nextstate = temp; else nextstate = s2;
s2: if (set) nextstate = s3; else nextstate = temp;
s3: nextstate = temp;
default: nextstate = temp;
endcase
end
```
这样，我们可以将关键路径set提取出来，并将其作为次FSM的输入。
关键路径的选取是数字电路设计中的一项非常重要的任务。通过对关键路径的选取，我们可以优化电路设计，提高电路的性能和可靠性。
