摘   要： 本文總結了使用LeonardoSpectrum綜合Xilinx FPGA的VHDL程序應用，以及在VHDL中使用不同類型RAM的方法。

　　關鍵詞： LeonardoSpectrum；FPGA；VHDL

　　LeonardoSpectrum 是Mentor Graphics公司設計的功能強大的EPLD/FPGA/ASIC綜合工具，支持大部分EPLD/FPGA廠商的產品。LeonardoSpectrum支持VHDL、Verilog、EDIF的綜合、優化和定時分析，可以運行在Windows 98/2000/NT/XP和HP、SUN 的UNIX平臺上。
   
　　LeonardoSpectrum通過名為exemplar的庫，可以在用HDL設計FPGA/EPLD時使用與原理圖設計相同的功能。LeonardoSpectrum對于Xilinx公司的EPLD/FPGA支持尤其完善，使得用HDL的設計在效率和功能上可以和原理圖的設計相當。本文總結了使用LeonardoSpectrum過程一些有用的設計方法。

　　屬性的使用
   
　　在LeonardoSpectrum中，可以在程序中對信號賦予屬性來對綜合結果進行控制。在使用LeonardoSpectrum綜合時，除了LeonardoSpectrum提供的屬性外，可以把Xilinx原理圖設計中的某些元件作為屬性來賦予信號，主要限于雙端口的元件，例如IBUFG，BUFG等等。LeonardoSpectrum所提供的屬性可以參看使用手冊。

　　如果使用LeonardoSpectrum來綜合，建議調用exemplar庫，以獲得更多的功能支持，本文介紹的程序都需要使用exemplar庫。下面是對程序中一個信號通過賦予bufg的屬性而定義該信號為全局時鐘的例子。

　　......
　　ARCHITECTURE rtl of bufg IS
　　SIGNAL    clk :td_logic;
　　attribute buffer_sig of clk: signal is "bufg";
　　BEGIN
　　 clk<=clkin;
　　 clkout<=clk;
　　 process(clk)
　　 begin
　　if(clk'event and clk='1') then
　　  end if;
　　 end process;
　　END rtl;

　　這個程序選用的芯片是Xilinx的spartanII 系列XC2S50-5QP208，經LeonardoSpectrum綜合后，用Xilinx ISE5.1進行map后的結果如圖1所示，可以看到使用了1個全局時鐘。
元件的引用
   
　　在Xilinx的FPGA/EPLD的原理圖設計中需要用到元件庫，元件庫中包含一些特殊功能的元件，例如延遲鎖相環(DLL)、全局時鐘BUF、邊界掃描電路、數字時鐘管理器(DCM)、內置SRAM等。LeonardoSpectrum提供的exemplar庫中的程序包使得設計者可以在VHDL程序中直接引用原理圖庫中所包含的元件。引用元件時，先調用exemplar庫，對要引用的元件按照原理圖庫中的描述進行聲明。引用元件時可以只使用其中一部分參數，不必對元件所有的參數進行映射。
   
　　下面是引用Xilinx的FPGA的延遲鎖相環〔DLL〕的例子。

　　............
　　ARCHITECTURE rtl of pll IS
　　SIGNAL  clk       :std_logic;
　　component clkdll         --鎖相環
　　port(clkin,clkfb,rst  :in std_logic;clk0,clk90, clk180,clk270,clkdv,locked  :out std_logic);
　　end component;
　　BEGIN
　　CLK1: clkdll port map(clkin=>clkin,clkfb=>clk,rst=>'0', clk0=>clk,clk90=>clkout );
 　　process(clk)
 　　begin
　　if(clk'event and clk='1') then
　　data_out<=data_in;
　　end if;
　　end process;
　　END rtl;

　　這個程序也選用Xilinx的XC2S50-5QP208，經LeonardoSpectrum綜合后，用Xilinx ISE5.1進行map后的結果如圖2所示，可以看到使用了一個DLL。

　　RAM的綜合
   
　　RAM設計是Xilinx FPGA的一個特色，按照在芯片內的分布情況可以分為分布式RAM和塊狀RAM，分布式RAM分布在每個LC中，可以將一個LC作為16×1的同步RAM使用，也可以將兩個LC聯合起來作為16×2、32×1的同步RAM或者16×1的雙口RAM使用，塊狀RAM是專用的分布FPGA邊緣的RAM塊。RAM使用時又可以作為ROM，單口RAM、雙口RAM等。如果是原理圖設計，可以在選擇元件時選擇不同的元件來選擇不同類型的RAM，但是對于用描述語言來進行RAM設計時，就需要綜合工具的支持，不同的綜合工具，對相同的語句，可能就綜合成不同類型的RAM。LeonardoSpectrum對VHDL的支持達到相當的高度，除了提供屬性的方法來使用分布式RAM和塊狀RAM外，還可以在設計時使用不同的描述語句來產生分布式RAM和塊狀RAM。下面是一個綜合成塊狀RAM的例子。

　　......
　　ARCHITECTURE rtl of blockram IS
　　TYPE  RAM IS ARRAY ( 0 TO 127 ) OF STD_LOGIC_VECTOR( 7 DOWNTO 0 );
　　SIGNAL  testram      :ram;
　　SIGNAL  cc1,cc2      :std_logic_vector(6 downto 0);
　　SIGNAL  addr1,addr2   :integer range 0 to 127;
　　BEGIN
　　 ......
　　 process(clkout)     --從RAM中讀出數據
　　 begin
　　if(clkout'event and clkout='1') then
　　 data_out<=testram(addr2);
　　  end if;
　　 end process;
　　END rtl;

　　該程序也選用Xilinx的XC2S50-5QP208，經LeonardoSpectrum綜合后，用Xilinx ISE5.1進行map后的結果如圖3所示，可以看到生成了塊狀RAM。

　　下面程序是綜合成分布式RAM的例子。

　　......
　　ARCHITECTURE rtl of disram IS
　　TYPE   RAM IS ARRAY ( 0 TO 127 ) OF STD_LOGIC_VECTOR( 7 DOWNTO 0 );
　　SIGNAL    testram   :ram;
　　SIGNAL   cc1,cc2   :std_logic_ vector(6 downto 0);
　　SIGNAL  addr1,addr2   :integer range 0 to 127;
　　BEGIN
　　 ......
　　 process(clkout)    --從RAM中讀出數據
　　 begin  if(clkout'event and clkout='1') then
　　 if(ramsel='1') then   data_out<=testram(addr2);  end if;  end if;
　　 end process;
　　END rtl;

　　選用XC2S50-5QP208，經LeonardoSpectrum綜合后，用Xilinx ISE5.1進行map后的結果如圖4所示，可以看到生成了分布式雙口RAM。

　　比較上面兩段程序，可以看到它們的差別就在于生成分布式RAM的程序中，數據輸出時有一個selram信號，也就是說，如果直接用時鐘讀出RAM中的數據，就綜合成塊狀RAM；如果是用帶使能的方式輸出RAM中的數據，就綜合成分布式RAM。

　　結語
   
　　綜上所述， LeonardoSpectrum對于用VHDL寫的用于Xilinx FPGA的程序支持是非常到位的，可以充分利用Xilinx的優勢，用語言設計出與原理圖設計相當功能的程序。