Xilinx与Altera FPGA比较系列之一逻辑资源速度(2)

只看该作者 · 2011-7-23 21:42

本帖最后由 AutoESL 于 2011-9-30 15:37 编辑

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为了能够更好的理解造成这些差异的原因，下面对两个公司的FPGA做进一步的分析。首先，作者对32 bit的加法在两个FPGA进行编译，比较两者的速度。

表1 32-bit加法器速度

FPGA Platform	FPGA Type	Speed (MHz)	Speed (MHz)	FPGA Type	FPGA Platform
Stratix III	EP3SE80F780C2	457	534	xc5vlx85-ff1153-3	Virtex 5
Stratix II	EP2S90F1020C3	405	361	xc4vlx100-ff1148-12	Virtex 4

从上面的表格来看，Xilinx的V5比V4速度提高了不少，尤其是逻辑资源的加法器速度。Xilinx的V5一位进位逻辑延迟为 83ps，寄存器输出延迟为326ps, 最低位加法延迟为318ps。Xilinx的V4一位进位逻辑延迟为 66ps，寄存器输出延迟为258ps, 最低位加法延迟为433ps。Altera的Stratix III比Stratix II只提高了一些，但是并不是太大。暂时没有找到Altera的进位逻辑的延迟参数，Stratix II寄存器输出延迟为94ps, Stratix III为

下面我们来看看乘法器的情况。这里我比较了两种乘法器：两个输入可变（下面称为可变乘法器），一个输入可变（下面称为固定系数乘法器）。分别针对16bit 和8 bit情况做了比较，还是采用纯逻辑资源来实现上述运算。对于一个输入可变的情况，另外一个数我用的是有符号数的最大值，即8bit的0x7F和16bit的0x7FFF。

下面的一些表格给出了一些测试结果。

表2 两个输入可变16bit乘法器

FPGA Platform	FPGA Type	Speed (MHz)	Speed (MHz)	FPGA Type	FPGA Platform
Stratix III	EP3SE80F780C2	193	140	xc5vlx85-ff1153-3	Virtex 5
Stratix II	EP2S90F1020C3	182	115	xc4vlx100-ff1148-12	Virtex 4

表3 一个输入可变16bit乘法器

FPGA Platform	FPGA Type	Speed (MHz)	Speed (MHz)	FPGA Type	FPGA Platform
Stratix III	EP3SE80F780C2	349	191	xc5vlx85-ff1153-3	Virtex 5
Stratix II	EP2S90F1020C3	312	151	xc4vlx100-ff1148-12	Virtex 4

表4 两个输入可变8bit乘法器

FPGA Platform	FPGA Type	Speed (MHz)	Speed (MHz)	FPGA Type	FPGA Platform
Stratix III	EP3SE80F780C2	265	203	xc5vlx85-ff1153-3	Virtex 5
Stratix II	EP2S90F1020C3	255	166	xc4vlx100-ff1148-12	Virtex 4

表5 一个输入可变8bit乘法器

FPGA Platform	FPGA Type	Speed (MHz)	Speed (MHz)	FPGA Type	FPGA Platform
Stratix III	EP3SE80F780C2	431	303	xc5vlx85-ff1153-3	Virtex 5
Stratix II	EP2S90F1020C3	440	251	xc4vlx100-ff1148-12	Virtex 4

从以上的表格可以看出Altera的可变输入乘法器比Xilinx稍微快一些。固定系数乘法器比Xilinx速度高出不少（由于Quartus优化的缘故，下面会专门分析）。Xilinx的V5比V4速度有了较大的提高，而Stratix III的速度比Stratix II没有明显的提高。
Quartus软件可以对固定系数乘法器做优化，比如与0x7F相乘，等价于先与0x080相乘，然后减去被乘数。我使用了另外一个系数0x7D，结果发现速度明显下降，Stratix III C2的最高速度只有253MHz，而占用的资源却增加不少。因为这一点，也导致了在实现转置形式的FIR滤波器（速度主要局限在固定系数乘法器）上，Altera不仅可以少用一部分资源，速度比Xilinx快不少。

只看该作者 · 2011-7-23 21:43

上次的分析还剩下一点点尾巴，就是寻找直接形式滤波器Xilinx V5比Altera S3快的原因。

在对直接形式的滤波器做比较时，发现Xilinx的V5比Altera的S3要快一些，时序分析报告显示关键路径在乘完之后的求和运算。我单独把求和运算做了分析，下面是得到的结果。奇怪的是这种情况下Xilinx的V5比Altera的S3要慢一些。可能是其他原因造成了上述的差别，今后再继续研究这个问题。

FPGA Platform FPGA Type Speed (MHz) Speed (MHz) FPGA Type FPGA Platform
Stratix III EP3SE80F780C2 304 255 xc5vlx85-ff1153-3 Virtex 5
Stratix II EP2S90F1020C3 264 208 xc4vlx100-ff1148-12 Virtex 4

下一个系列继续研究直接形式和转置形式滤波器采用DSP块的一些实现情况。

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