FPGA中逻辑复制
在FPGA设计中经常使用到逻辑复制，逻辑复制也用在很多场合。
1． 信号驱动级数非常大，扇出很大，需要增加驱动力
逻辑复制最常使用的场合时调整信号的扇出。如果某个信号需要驱动后级很多单元，此时该信号的扇出非常大，那么为了增加这个信号的驱动能力，一种办法就是插入多级Buffer，但是这样虽然能增加驱动能力，但是也增加了这个信号的路径延时。
为了避免这种情况这时可以复制生成这个信号的逻辑，用多路同频同相的信号驱动后续电路，使平均到每路的扇出变低，这样不需要插入Buffer就能满足驱动能力增加的要求，从而节约该信号的路径延时。如从图1.1到图1.2转变所示。 
图1.1 逻辑复制前
图1.2 逻辑复制后
由于现在综合器都已经非常智能，此种场合的逻辑复制工作大多由综合器完成，不需要人手动调整。各大FPGA厂商的综合器以及第三方综合器都有这种功能。
2． FPGA中需要做很多重复工作
在某些FPGA设计中，需要很多重复设计的时候，这时候逻辑复制也就有用了。
例如：在某个特殊应用场合需要设计方向可以任意改变的240位宽的三态IO管脚。我们先看看常用的一个位宽的三态管脚怎么设计。
module inout_interface(
dat_in,
io_out,
io_dir,
dat_out
);
input dat_in;
input io_dir;
output dat_out;
inout io_out;
assign io_out = io_dir ? dat_in : 1'bz;
assign dat_out = io_out;
endmodule
如上述程序所示为单个双向IO口的典型设计代码，中间由IO输入方向控制数据和高阻之间的切换，难题出现了，怎么设计240位宽的双向IO口呢？难道如下列程序所示：
module inout_interface(
dat_in,
io_out,
io_dir,
dat_out
);
input [239 : 0] dat_in;
input [239 : 0] io_dir;
output [239 : 0] dat_out;
inout [239 : 0] io_out;
assign io_out = io_dir ? dat_in : 240'bz;
assign dat_out = io_out;
endmodule
显然这样是不行的，因为当io_dir为240位的时候只有当全为0的时候此式才为假，其余时候都为真，显然达不到想要的每个IO都是双向口的设计。
修改代码如下：
module inout_interface(
dat_in,
io_out,
io_dir,
dat_out
);
input [239 : 0] dat_in;
input [239 : 0] io_dir;
output [239 : 0] dat_out;
inout [239 : 0] io_out;
assign io_out[0] = io_dir[0] ? dat_in[0] : 1'bz;
assign dat_out[0] = io_out[0];
assign io_out[1] = io_dir[1] ? dat_in[1] : 1'bz;
assign dat_out[1] = io_out[1];
assign io_out[2] = io_dir[2] ? dat_in[2] : 1'bz;
assign dat_out[2] = io_out[2];
.
. // 此处略去1万行
.
assign io_out[239] = io_dir[239] ? dat_in[239] : 1'bz;
assign dat_out[239] = io_out[239];
endmodule
显然这种办法能实现240位宽的独立方向控制IO，但是估计写代码要累死人，有没得更好的办法呢？
当然有，在verilog2001中有个逻辑复制语法——generate，可以对verilog模块进行无限复制。有了这个模块我们即可轻松通过逻辑复制来达到我们的要求了。
// 单个双向IO实现模块
module pin_inout(
indat,
indir,
outdat,
outdatin
);
input indat;
input indir;
inout outdat;
output outdatin;
assign outdat = indir ? indat : 1'bz;
assign outdatin = outdat;
endmodule
module inout_interface(
dat_in,
io_out,
io_dir,
dat_out
);
input [239 : 0] dat_in;
input [239 : 0] io_dir;
output [239 : 0] dat_out;
inout [239 : 0] io_out;
// 逻辑复制240次
genvar i;
generate
for(i = 0; i < 240; i = i + 1)
begin : pin_loop
pin_inout pin_inout_inst(
.indat ( dat_in[i] ),
.indir ( io_dir[i] ),
.outdat ( io_out[i] ),
.outdatin ( dat_out[i] )
);
end
endgenerate
endmodule
由上面代码可看出，巧妙利用verilog语法能减少自身工作量。
3． 总结
在FPGA设计中有些情况的逻辑复制不需要我们做，但是有些情况的逻辑复制不得不手工完成，因此，熟练掌握verilog语法是设计出好的模型、减少工作量的前提。
