1 ?前言

FPGA（Field-Programmable Gate Array，現場可編程邏輯門陣列）是一種可編程的半導體器件，因其硬件可重構性、硬件并行計算能力、低延遲和實時性的優勢，廣泛應用于數字電路設計、原型驗證和系統加速等領域。但開發效率不足以及設計人員門檻較高，正在成為制約其應用落地的最大障礙。

在實際項目中，很多企業都會遇到這樣的困境：算法模型已經在仿真環境中跑通，但要真正達到在FPGA芯片上實現模型的功能，卻往往要經歷數周甚至數月的Verilog代碼開發設計、仿真測試和下板調試。這一過程不僅耗時耗力，并且對工程師也有較高的設計門檻，同時在整個開發周期中，需要算法、FPGA工程師密切配合和溝通，稍有不同步就可能導致返工，大大降低了開發驗證的效率和增加人力成本。

基于這一痛點，世冠科技GCKontrol平臺提供了“圖形化建模到自動生成Verilog代碼”的新方法，加速算法模型從理論到實踐下板驗證過程，幫助企業縮短FPGA開發周期和降低人力成本，促進產品化的進程，助力更高效的FPGA設計開發。

2 ?面臨的挑戰

在FPGA芯片上驗證的算法模型，從理論到實踐的全生命周期，以使用專業的工業軟件圖形化建模仿真為開始，到FPGA工程師編寫Verilog代碼，再到v代碼的仿真測試，最后以下板調試符合預期為結束。這一傳統流程存在四大挑戰：

01開發周期長

代碼開發和仿真時間往往占據整個項目周期的一半以上。

02跨專業協作成本高

算法工程師與FPGA工程師需要頻繁溝通，模型和代碼不同步的情況屢見不鮮。

03出錯率高

人工編碼語法或時序錯誤會導致大量返工與重復測試。

04代碼質量不穩定

人工編寫的代碼質量由工程師的水平決定，不同的工程師開發的代碼質量參差不齊，代碼風格不統一，不利于產品化。

對于追求快速原型驗證和產品迭代的企業而言，這些問題無疑嚴重制約了效率和競爭力。

3 ?解決方案

基于世冠科技GCKontrol平臺，提供了一種可以自動生成Verilog代碼的技術路線：工程師使用GCKontrol建模軟件，進行圖形化建模之后，經過一系列的操作，即可自動生成Verilog代碼，從而跳過人工編寫代碼和仿真測試的環節，通過IDE軟件將代碼綜合編譯后，將bit文件下載到FPGA芯片板卡上，實現對FPGA設計流程的高效優化。

其方案框圖如圖1所示：

圖 1 方案框圖

接下來簡單介紹下目前GCKontrol建模軟件支持自動生成Verilog代碼的基礎模塊。

3.1 支持自動生成Verilog的基礎單元

圖 2 支持自動生成Verilog代碼的基礎模塊

圖 3 支持自動生成Verilog代碼的模塊

由圖2和圖3可知，目前支持自動生成Verilog代碼的基礎模塊有輸入輸出模塊，常量模塊，加減模塊，乘除模塊，增益模塊，最值模塊，取整模塊，絕對值模塊，取余模塊，飽和模塊，死區模塊，符號模塊，積分模塊，微分模塊，延遲模塊，位轉換模塊，多條件表達式模塊，零階保持，斜坡函數，斜率限制函數等。

這些都是算法模型搭建的必要單元，這些模塊支持自動生成Verilog代碼，為滿足不同要求的算法模型的搭建提供了前提條件。目前還正在開發較為復雜的基礎函數和各種信號發生器等模塊，從而支持后續復雜度更高的模型搭建和下板驗證。

3.2 包含基礎運算模塊的工程示例

圖 4 搭建包含基礎運算模塊的gck工程

如圖4所示，可使用全部基本運算模塊搭建一個gck工程。點擊仿真后，如圖5所示，用戶可在界面上查看每個模塊的結果，也可通過2D面板靈活添加數據，查看任意模塊的仿真輸出。

圖 5 仿真結果顯示

價值點

工程師能夠在建模階段快速驗證算法邏輯，減少后期跨團隊的溝通與調試成本。

3.3 自動生成Verilog代碼

圖 6 自動生成Verilog代碼路徑

由圖6可知，在工程路徑的CodeLink_v的文件夾下，可以看到自動生成Verilog代碼的所有v文件。這些代碼符合行業規范，支持綜合編譯成bit文件并下板調試。

價值點

·自動生成的Verilog代碼與模型保持完全同步，杜絕“模型更新但代碼未更新”的問題；

·避免人工編碼語法錯誤和代碼質量不穩定的情形，提高一次性驗證成功率；

·直接可用的代碼顯著縮短下板調試周期。

3.4 附加功能——代碼預覽

圖 7 Verilog代碼預覽

由圖7可知，GCKontrol軟件自動生成Verilog代碼后，支持在界面對生成的代碼進行在線預覽，方便在模型級隨時查看自動生成的Verilog代碼。

價值點

模型與代碼實時對照，工程師在建模階段即可檢查邏輯，提前發現偏差，減少后期返工。

4 ?總結與展望

基于世冠科技GCKontrol平臺，通過將圖形化建模工程直接自動生成Verilog代碼，大大縮短了項目開發周期，節省了人力成本，并保證了代碼風格的穩定性和可靠性，極大的優化了FPGA的設計流程。

未來，GCKontrol將持續擴展模塊庫，支持通信、雷達、工業控制等更復雜的算法場景。助力更高效的FPGA設計開發，為復雜算法模型從理論到實踐的一鍵轉換提供更強有力的支持。