| |
|
  |
 Счетчики с большой разрядностью, Как лучше писать? |
|
|
|
|
 Dec 14 2017, 12:06
|
Участник
Группа: Участник
Сообщений: 53
Регистрация: 7-09-16
Из: Томск
Пользователь №: 93 239
|
Всем привет!
Возник такой вопрос:
Нужно отмерить промежуток времени от события А до события Б с большой точностью (допустим, с точностью 100 МГц-го клока). Время между событиями составляет 500 000 +- 10 000 тактов 100 МГц. Получается счетчик на 3 байта.
Вроде не много, но если надо посчитать несколько таких отрезков времени независимо, да потом как-то обработать данные - выливается в кучу логики.
Как можно уменьшить размеры счетчиков?
Самое адекватное, что приходит в голову - это завести еще один счетчик, на низкой частоте, допустим, на 1 МГц. Этот счетчик будет отсчитывать основную длительность, и в конце, где примерно ожидается событие - включается первый, на 100 МГц-ах и досчитывает точное время до события. Потом результаты счетчиков суммируются.
Но при таком решении все равно нужно тратить место на медленный счетчик, на суммирование и т.д. По моим соображениям выигрыша не будет, либо он будет настолько мал, что не стоит всех этих заморочек. Да и момент запуска/остановки медленного счетчика завязан на клок 1 МГц и даст огромную (по меркам 100 МГц) ошибку.
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 14 2017, 12:21
|
Гуру
Группа: Модераторы
Сообщений: 4 011
Регистрация: 8-09-05
Из: спб
Пользователь №: 8 369
|
Цитата(nice_vladi @ Dec 14 2017, 15:06)  Нужно отмерить промежуток времени от события А до события Б с большой точностью (допустим, с точностью 100 МГц-го клока). Время между событиями составляет 500 000 +- 10 000 тактов 100 МГц. Получается счетчик на 3 байта.
Вроде не много, но если надо посчитать несколько таких отрезков времени независимо, да потом как-то обработать данные - выливается в кучу логики.
Как можно уменьшить размеры счетчиков?
Самое адекватное, что приходит в голову - это завести еще один счетчик, на низкой частоте, допустим, на 1 МГц. Прескейлер даст выигрыш только в том случае, если его выход будет использоваться еще где-то... А если нет, то какая разница, где считать?
--------------------
www.iosifk.narod.ru
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 14 2017, 15:14
|
Местный
Группа: Свой
Сообщений: 307
Регистрация: 14-03-06
Пользователь №: 15 243
|
Цитата(nice_vladi @ Dec 14 2017, 15:06) Как можно уменьшить размеры счетчиков? Использовать умножители.
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 15 2017, 07:57
|
Местный
Группа: Свой
Сообщений: 307
Регистрация: 14-03-06
Пользователь №: 15 243
|
Цитата(Maverick @ Dec 14 2017, 22:46) Поясните пожалуйста....
Или пример дайте...
Эскизы прикрепленных изображений
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 15 2017, 08:30
|
Местный
Группа: Свой
Сообщений: 307
Регистрация: 14-03-06
Пользователь №: 15 243
|
Цитата(andrew_b @ Dec 15 2017, 11:23) Умножитель != DSP block. В каких кристаллах?
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 15 2017, 08:42
|
Местный
Группа: Свой
Сообщений: 307
Регистрация: 14-03-06
Пользователь №: 15 243
|
Цитата(andrew_b @ Dec 15 2017, 11:37) Не надо троллить. Не кормлю. ?
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 15 2017, 08:58
|
Гуру
Группа: Свой
Сообщений: 3 106
Регистрация: 18-04-05
Пользователь №: 4 261
|
Цитата(Tpeck @ Dec 15 2017, 11:30) В каких кристаллах? Вы что, никогда не видели внутренности DSP48?  Там внутри кроме, собсно, умножителя, есть ещё много всякого:  Поэтому: DSP == (Pre-adder + Multiplier + Pattern Detector + add/subtract/accumulate engine) != Multiplier..
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 15 2017, 09:09
|
Местный
Группа: Свой
Сообщений: 307
Регистрация: 14-03-06
Пользователь №: 15 243
|
Цитата(blackfin @ Dec 15 2017, 11:58) Вы что, никогда не видели внутренности DSP48? Там внутри кроме, собсно, умножителя, есть ещё много всякого: Поэтому: DSP == (Pre-adder + Multiplier + Pattern Detector + add/subtract/accumulate engine) != Multiplier.. Я с этим утверждением и не спорю. Просто может есть умножители без блока add/subtract/accumulate engine и люди их используют, а я об этом не знаю  Мне всегда казалось, если есть умножители => есть сумматоры большой разрядности для интегрирования => можно подать 1 на интегратор и получить счетчик.
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 15 2017, 09:35
|
Местный
Группа: Свой
Сообщений: 307
Регистрация: 14-03-06
Пользователь №: 15 243
|
Цитата(blackfin @ Dec 15 2017, 12:20) Так и нужно было написать, что в счетчике можно использовать сумматоры входящие в состав DSP48. Вы же предложили операцию суммирования выполнять с помощью операции умножения. С точки зрения обычной математики это невозможно. Но, может, у вас какая-то своя математика? Я предложил реализовать не с помощью операции умножения, а с помощью аппаратного умножителя которые есть в большинстве ПЛИС. Мне казалось это очевидным и мне даже в голову не приходит как это можно было трактовать по другому. Но видимо я ошибался.
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 15 2017, 09:42
|
Местный
Группа: Свой
Сообщений: 307
Регистрация: 14-03-06
Пользователь №: 15 243
|
Цитата(blackfin @ Dec 15 2017, 12:20) С точки зрения обычной математики это невозможно. Так здесь и не математику обсуждаем.
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 15 2017, 10:48
|
Участник
Группа: Участник
Сообщений: 53
Регистрация: 7-09-16
Из: Томск
Пользователь №: 93 239
|
Цитата(Lmx2315 @ Dec 14 2017, 13:12) Вы сделали такие счётчики и они у вас не завелись на 100 Мгц? Да ну нет же) все нормально завелось. Я думаю, есть возможность как-то более изящно отсчитывать промежутки времени. Т.к при реализации на счетчиках с большой разрядностью съедается много логики (несколько счётчиков+мультиплексирование результатов) Цитата(bogaev_roman @ Dec 14 2017, 13:21) Делал недавно на похожей частоте на Воронежской плисине таймер, с времянкой проблемы были. Пришлось бить на несколько последовательных, суть следующая - при достижении максимального значения на первом формируется сигнал CE, записываемый в регистр, который служит разрешением счета для следующего.Таким образом, вместо одного счетчика разрядностью N соединяются последовательно два счетчика разрядностью N/2. Надеюсь суть описал понятно, кода под рукой нет. PS/ Вспомнил - у des00 в статье было http://embedders.org/content/timequest-dly...-litsom-k-litsuЭто немного не то. Повысится максимальная частота работы, но количество логики останется тем же (мб немного больше). Цитата(ViKo @ Dec 14 2017, 13:21) Одним таймером на 32 разряда считайте. А время измеряйте по захватам состояния таймера. Немного не понял, можно про захват состояния тамера подробнее? Я представлял себе так: событие А начинаем считать. Событие Б забрали результат, сбросили счётчик. Ну, что-то вроде этого.
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 15 2017, 14:54
|
Гуру
Группа: Модераторы
Сообщений: 4 011
Регистрация: 8-09-05
Из: спб
Пользователь №: 8 369
|
Цитата(nice_vladi @ Dec 14 2017, 15:06) Всем привет!
Возник такой вопрос:
Нужно отмерить промежуток времени от события А до события Б с большой точностью (допустим, с точностью 100 МГц-го клока). А давайте представим не тупой счетчик с проблемами переноса, а счетчик совсем небольшой + память + автомат + аккумулятор + флаг... Значит все действия разбиваем на такты-таймслоты. Автомат проверяет что счетчик выдал переполнение и начал делать следующее: читает 4-6 бит ячейку памяти, делает инкремент аккумулятора и если есть флаг переполнения, то взводит флаг. результат записывает в эту ячейку, а в этот же такт в аккумулятор грузится число из другой ячейки памяти... И его содержимое инкрементирует с учетом флага... И вот так, старшие биты обрабатываем по "микропроцессорному" за несколько тактов. И чтобы не было перерывов ровно настолько же тактов крутится счетчик. Думаю, что для автомата нужно 6-8 тактов. Аккумулятор скажем на 4 разряда. Память если на Ксайлинксе, то там есть как SRL так и распределенная память на 1 логической ячейке 32х1 (в старых было 16х1)... Так вот, 4 таких ячейки дадут 4 бита х 32 = разрядный счетчик... При этом немного экономится всего. И триггеров и межсоединений... Причем, если надо, то к этому же автомату, если добавить память, то можно и 2 канала сделать...
--------------------
www.iosifk.narod.ru
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 16 2017, 07:53
|
Гуру
Группа: Модераторы
Сообщений: 4 011
Регистрация: 8-09-05
Из: спб
Пользователь №: 8 369
|
Цитата(iosifk @ Dec 15 2017, 17:54) А давайте представим не тупой счетчик с проблемами переноса, а счетчик совсем небольшой + память + автомат + аккумулятор + флаг...
Значит все действия разбиваем на такты-таймслоты. Автомат проверяет что счетчик выдал переполнение и начал делать следующее:
читает 4-6 бит ячейку памяти, делает инкремент аккумулятора и если есть флаг переполнения, то взводит флаг. результат записывает в эту ячейку, а в этот же такт в аккумулятор грузится число из другой ячейки памяти... И его содержимое инкрементирует с учетом флага...
И вот так, старшие биты обрабатываем по "микропроцессорному" за несколько тактов. И чтобы не было перерывов ровно настолько же тактов крутится счетчик. Думаю, что для автомата нужно 6-8 тактов. Аккумулятор скажем на 4 разряда. Память если на Ксайлинксе, то там есть как SRL так и распределенная память на 1 логической ячейке 32х1 (в старых было 16х1)... Так вот, 4 таких ячейки дадут 4 бита х 32 = разрядный счетчик... При этом немного экономится всего. И триггеров и межсоединений...
Причем, если надо, то к этому же автомату, если добавить память, то можно и 2 канала сделать... Либо даже вот так. Делаем на SRL сдвиговый регистр. От него 4 бита переписываем в аккумулятор и инкрементируем. Результат переписываем обратно и потом регистр сдвигаем циклически. Причем сам регистр можно сдвигать на 1 бит, но писать-читать из него через 4 бита. А их как раз хватит для автомата. Итого: SRL - 1 ячейка, аккумулятор на 4 бита, счетчик - ну скажем 5-8 разрядов, триггер разрешения счета и триггер готовности...
--------------------
www.iosifk.narod.ru
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 16 2017, 13:55
|
Гуру
Группа: Свой
Сообщений: 5 228
Регистрация: 3-07-08
Из: Омск
Пользователь №: 38 713
|
Цитата(bogaev_roman @ Dec 14 2017, 14:21) Делал недавно на похожей частоте на Воронежской плисине таймер, с времянкой проблемы были. Пришлось бить на несколько последовательных, суть следующая - при достижении максимального значения на первом формируется сигнал CE, записываемый в регистр, который служит разрешением счета для следующего. Всё изобретено много десятилетий назад и называется схемой ускоренного (параллельного) переноса в сумматорах. Изучается давным-давно уже студентами профильных специальностей. Видимо Вы не учились.....  Цитата(ViKo @ Dec 15 2017, 12:59) Ну, как в таймерах на микроконтроллерах сделано. Счетчик крутится непрерывно. Пришло событие - захватываем состояние счетчика в регистр. Пришло другое - снова (можно в другой регистр). Дальше находим разность между ними, это можно делать где угодно, хоть в микроконтроллере или компьютере, к которому подключен. А в чём выигрыш-то? Ну хорошо - счётчик один, но раз автору нужно независимо друг от друга посчитать несколько таких отрезков (видимо для каждого учитываемого отрезка O i, есть своя пара сигналов A i и B i, задающих начало и конец отрезка O i, и эти отрезки O 0...O i могут по времени как угодно накладываться друг на друга). А значит потребуется для каждого отрезка завести как минимум один регистр хранения (содержимого счётчика на момент A i) и один сумматор в доп. коде. А это однозначно больше чем просто один счётчик на один отрезок.
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 16 2017, 15:28
|
Гуру
Группа: Модераторы
Сообщений: 4 011
Регистрация: 8-09-05
Из: спб
Пользователь №: 8 369
|
Цитата(jcxz @ Dec 16 2017, 16:55) Всё изобретено много десятилетий назад и называется схемой ускоренного (параллельного) переноса в сумматорах.
А значит потребуется для каждого отрезка завести как минимум один регистр хранения (содержимого счётчика на момент Ai) и один сумматор в доп. коде.
А это однозначно больше чем просто один счётчик на один отрезок. для параллельного переноса надо задействовать довольно много интерконнектов - а это ценный ресурс. что же касается сдвиговых регистров, то они делаются на SRL - это 16 или 32 бита, но они в одной ячейке. А так как соседние ячейки соединяются локальными интерконнектами, то там можно поднять частоту повыше... А когда надо много счетчиков - то берем двухпортовку и один аккумулятор с автоматом... По одному порту читает результат, по другому порту работает автомат... И туда влезут сотни каналов...
--------------------
www.iosifk.narod.ru
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 16 2017, 16:40
|
Универсальный солдатик
Группа: Модераторы
Сообщений: 8 634
Регистрация: 1-11-05
Из: Минск
Пользователь №: 10 362
|
Цитата(jcxz @ Dec 16 2017, 19:08) Так схема параллельного переноса как раз и нужна для снятия ограничений по скорости.
Как она может ограничить быстродействие? поясните. Как последовательный перенос имеет некую задержку для создания переноса (особенно, для последнего разряда), так и параллельный перенос имеет задержку. А что вам непонятно? Вы знаете, к примеру, 32-разрядный элемент "И"? Как его сделать в ПЛИС? Какое у него будет быстродействие? А предыдущему триггеру нужна 31-разрядная схема "И", и т.п. Ох... много. Поэтому и разбивают таймер на части, делают лишний такт при переходе с одной части на другую, зато считают долгие времена.
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 17 2017, 00:03
|
Гуру
Группа: Свой
Сообщений: 5 228
Регистрация: 3-07-08
Из: Омск
Пользователь №: 38 713
|
Цитата(ViKo @ Dec 16 2017, 18:40) Как последовательный перенос имеет некую задержку для создания переноса (особенно, для последнего разряда), так и параллельный перенос имеет задержку. Всё имеет задержку, только разница в разы: для параллельной схемы задержка будет равна задержке одного разряда + задержка на "И", а в последовательной - суммарной задержке всех разрядов. Цитата(ViKo @ Dec 16 2017, 18:40) А что вам непонятно? Вы знаете, к примеру, 32-разрядный элемент "И"? Как его сделать в ПЛИС? Какое у него будет быстродействие? Многовходовой "И" легко делается из нескольких меньших. Последовательно-параллельный перенос тоже возможен. Для уменьшения используемых элементов. Но разве в современных ПЛИС (не знаком с ними) не хватит ресурсов на несколько полноценных 24-разрядных счётчиков с параллельным переносом???
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 17 2017, 15:32
|
Гуру
Группа: Свой
Сообщений: 5 228
Регистрация: 3-07-08
Из: Омск
Пользователь №: 38 713
|
Цитата(Александр77 @ Dec 17 2017, 09:09) Когда будете делать слоеную "И", задержка составит не меньше чем n*dt, где n - число слоев. Тут все и полезет в сторону снижения частоты. Или я чего-то не понимаю или здесь клуб троллей...  5-ти входовые "И" возможны? Если да, то для реализации на их основе 24-входового "И" достаточно всего 2-х(!) "слоёв". Не 20-и, а всего-лишь 2-х, Карл! А это по задержке будет меньше чем один разряд счётчика. Цитата(ViKo @ Dec 17 2017, 09:11) А когда будете делать многовходовой И из многих малых, очень скоро быстродействие такого узла окажется хуже последовательного переноса в ПЛИС. Каким образом задержка двух последовательных схем "И" может оказаться больше чем задержка последовательного переноса на 24 разрядах счётчика? Каждый разряд счётчика состоит уже из нескольких последовательно включенных логических элементов. Да, и автор говорил про 24-битный счётчик, а не 32-битный.
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 17 2017, 15:42
|
Универсальный солдатик
Группа: Модераторы
Сообщений: 8 634
Регистрация: 1-11-05
Из: Минск
Пользователь №: 10 362
|
Цитата(jcxz @ Dec 17 2017, 18:32) Или я чего-то не понимаю или здесь клуб троллей... 5-ти входовые "И" возможны? Нет. 4-входовые. Цитата Если да, то для реализации на их основе 24-входового "И" достаточно всего 2-х(!) "слоёв".
Не 20-и, а всего-лишь 2-х, Карл! А это по задержке будет меньше чем один разряд счётчика. Итого, 3. Но вы не учитываете задержки каналов, связывающих логические элементы. И задержек там будет, мама не горюй. А, поскольку количество каналов и логических элементов ограничено, там такая конструкция вырастет, что пол-ПЛИСы займет. Мне только в кошмарном сне может присниться предлагаемое вами решение, реализованное в ПЛИС.
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 17 2017, 16:32
|
Профессионал
Группа: Свой
Сообщений: 1 262
Регистрация: 13-10-05
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 9 565
|
Цитата(Александр77 @ Dec 17 2017, 10:09) Когда будете делать слоеную "И", задержка составит не меньше чем n*dt, где n - число слоев. Тут все и полезет в сторону снижения частоты. Задержка не перейдёт в снижение частоты если после каждого слоя поставить тригер. Цитата(ViKo @ Dec 17 2017, 18:42) Нет. 4-входовые. Если говорить за все современные ПЛИС - думаю у Xilinx всё же 6-входовые.
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 17 2017, 16:48
|
Универсальный солдатик
Группа: Модераторы
Сообщений: 8 634
Регистрация: 1-11-05
Из: Минск
Пользователь №: 10 362
|
Цитата(_4afc_ @ Dec 17 2017, 19:32) Задержка не перейдёт в снижение частоты если после каждого слоя поставить тригер. Такт потеряли. Желаете считать через такт-другой? Цитата Если говорить за все современные ПЛИС - думаю у Xilinx всё же 6-входовые. Ага, у них много чего есть, но цепи переносов не выбрасывают.
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 17 2017, 17:05
|
Профессионал
Группа: Свой
Сообщений: 1 262
Регистрация: 13-10-05
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 9 565
|
Цитата(ViKo @ Dec 17 2017, 19:48) Такт потеряли. Желаете считать через такт-другой? Желаю узнать результат с задержкой в такт - другой. Цитата(ViKo @ Dec 17 2017, 19:48) Ага, у них много чего есть, но цепи переносов не выбрасывают. Не знаю, в чём проблемы иметь многоразрядный счётчик. В XC6SLX9 просто 32 разрядный счётчик спокойно считает на частоте 375МГц.
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 17 2017, 17:26
|
Частый гость
Группа: Свой
Сообщений: 135
Регистрация: 8-01-12
Из: Беларусь
Пользователь №: 69 226
|
Цитата Не знаю, в чём проблемы иметь многоразрядный счётчик. В XC6SLX9 просто 32 разрядный счётчик спокойно считает на частоте 375МГц. В седьмой серии на Artix (-1), 32 бит счетчик без проблем раскладывается на 150 МГц... На большей не проверял - не надо было...
|
|
|
|
|
|
|
|
Dec 17 2017, 18:20
|
Профессионал
Группа: Свой
Сообщений: 1 262
Регистрация: 13-10-05
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 9 565
|
Цитата(nice_vladi @ Dec 14 2017, 15:06) Нужно отмерить промежуток времени от события А до события Б с большой точностью (допустим, с точностью 100 МГц-го клока). Время между событиями составляет 500 000 +- 10 000 тактов 100 МГц. Получается счетчик на 3 байта. Вообще-то достаточно одного 16битного счётчика, если вы измеряете диапазон 500 000 +- 10 000 тактов. Если его запускать по событию А и останавливать по событию Б, то счётчик будет содержать время (0...65535)+458752 такта. Цитата(svedach @ Dec 17 2017, 20:26) В седьмой серии на Artix (-1), 32 бит счетчик без проблем раскладывается на 150 МГц... На большей не проверял - не надо было... Код module t1(input CLK100, output CLK2);
reg [31:0] Count;
always @( posedge CLK100 ) begin Count<=Count+1; end
assign CLK2=Count[31];
endmodule XC6SLX9-2TTG144 Synthesizing: # Registers : 32 Flip-Flops : 32 Speed Grade: -2 Minimum period: 2.654ns (Maximum Frequency: 376.861MHz) Код ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
Constraint | Check | Worst Case | Best Case | Timing | Timing
| | Slack | Achievable | Errors | Score
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
TS_sys_clk_pin = PERIOD TIMEGRP "sys_clk_ | SETUP | 0.430ns| 2.236ns| 0| 0
pin" 375 MHz HIGH 50% | HOLD | 0.465ns| | 0| 0
| MINPERIOD | 0.000ns| 2.666ns| 0| 0
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
All constraints were met.
|
|
|
|
|
|
|
|
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0
|
|
|
