Mi propósito es almacenar valores de 0 a 3. Desde el punto de vista de la síntesis, ¿cuál de los siguientes será más eficiente en el área cuando se codifica en VHDL?
¿La primera opción ocupa un registro de 32 bits dentro de FPGA?
Depende, pero casi siempre es preferible especificar el rango.
Para ilustrar, considera este ejemplo:
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.numeric_std.all;
entity naturals is
Port ( clk : in std_logic;
rst : in std_logic;
count : out std_logic_vector(2 downto 0));
end naturals;
architecture behavioral of naturals is
signal count_intern : natural := 0;
begin
count <= std_logic_vector(to_unsigned(count_intern, count'length));
process(clk)
begin
if (rising_edge(clk)) then
if (rst = '1') then
count_intern <= 0;
elsif (count_intern = 5) then
count_intern <= 0;
else
count_intern <= count_intern + 1;
end if;
end if;
end process;
end behavioral;
Este es un contador simple que va de 0 a 5.
Su simulación se ve así:
Sinembargo,nolimitélaseñalcount_intern,porloqueinternamenteesde31bits(losenterossonde32bits,losnaturalesson31).Aunqueenrealidadsolousolos3bitsmásbajos,los31terminanenlasoperacionesdesumaycomparación.¿Porqué?Porqueenelinicio,elvalorinicialdecount_internnoestádefinido.Porejemplo,podríacomenzarconunvalorde7,momentoenelqueelcontadoraumentaráhastaquelos31bitssellenenysedesbordena0.Lainicialización(a0)queproporcionéenElcódigo,soloseaplicaalasimulación,esignoradoporelsintetizador.
Elesquemadepost-síntesis,porlotanto,seveasí:
Medoycuentadequelaimagenesdemasiadograndeparadistinguirsusdetalles,peroeseeselpunto.Esundesastre;yparauncircuitomuysencillo.
Ahora,vamosareemplazarlalíneaúnica:
señalcount_intern:natural:=0;
con
señalcount_intern:rangonatural0a5:=0;
Sinprueba,lasimulaciónesexactamentelamisma.Sinembargo,elesquemadepost-síntesisahoraseresuelveen:
Dehecho,losresultadosdeestosepuedenconfirmarinclusodespuésdelaimplementación,donderealmentecuenta:
Sinlimitarelrangonatural:
Conlímitederango:
Note la diferencia en los flip-flops utilizados.
Aunque utilicé los productos naturales aquí, esto (por supuesto) se extiende también a los enteros.
Los resultados de la implementación pueden variar. Aquí estoy usando la configuración predeterminada en Vivado 2015. De cualquier manera, el punto es: es más seguro y preferible especificar siempre el rango.