まとめ

同じPCで、bsc 2025.07のコンパイル時間と、Vivado 2026.1で論理合成した結果を、描画のmodule化前後で比べます。前は8/3版、後は教科書版です。論理合成はArty A7のトップからのフラット合成で、階層別レポートからmkGameFSMの値を読みました。ソース行数はGameFSM.bsvとBlitter.bsvの合計、VerilogはmkGameFSM.vとmkBlitter.vの合計です。抑止した警告数は、前がG0036とG0010、後がそれにG0009を加えた数で、8/3版にG0009は出ません。合成対象は前後ともsvnのリビジョンで固定し、生成Verilogのmd5でWindowsへ渡した実物を照合しました。

表の各行はmkGameFSMとmkBlitterの範囲の値です。ただし合成時間だけはトップ全体の値で、フラット合成ではmkGameFSMの合成時間を単独に取り出せないためです。母数が他の行と異なる点に注意が要ります。

コンパイル時間を決める構造で見ると、前後の差はBlitterのmodule化だけです。前の版は既にRUN_FSMマクロによる切り出しを済ませており、描画の実体をmkFSMで1本に集約した状態です。後の版はその集約したBlitterを、ヒット判定まで含めて独立したmoduleに出しています。

効果はbscのコンパイル時間に集中しています。ソース行数はほぼ同じで、同じ量を書いてコンパイルが半分になりました。生成Verilogが30%減り、抑止した警告が4分の1になったのは、GameFSM側から描画とヒット判定の展開が消えた分です。

物量はLUTが7.0%減、FFが0.8%増です。モジュール化そのものは規則とレジスタの置き場所を変えるだけで論理を変えないので、物量を減らす理由を持ちません。むしろmkBlitterの境界に置いたkickとlaunchの規則、RWire、goレジスタの分だけ増える方向で、FFの0.8%増がそれです。LUTが減ったのは、前後の間に入った他の改変の効果です。2点目の呼び出し形の変更と4点目のFSM切り出しで各FSMの状態が合計418から338に減り、80状態ぶんの状態デコードと遷移条件の論理が消えました。またブリッタの矩形4種のループを1組に統合し、gfx_fsmの47状態が22になって、4種それぞれが持っていたループ制御とカウンタ更新の論理が1組に共有されました。減り方が小さいのは、減ったのが状態機械の制御部分だけで、各状態の中で行う描画や判定やゲームロジックの計算は8/3版と同じだからです。論理合成時間は動きません。

コンパイル時間が縮む機序は、ステート干渉チェックの境界での打ち切りです。同一ソースにあるとき、bscはBlitterの状態とGameFSMの状態を一緒くたに解析し、すべての状態間・ルール間の干渉を調べます。module化すると、Blitter内の解析はモジュール境界で閉じ、GameFSM側から見えなくなります。GameFSMが解析する状態空間が小さくなり、その分の解析時間が消えます。抑止した警告の数が4分の1になったことが、解析対象の縮小を裏付けます。

FFがわずかに増えるのは、module境界のインタフェースレジスタの分です。起動コマンドをRWireに載せて1サイクル後にFSMを起動する形にしたため、引数のラッチと完了・判定の戻りがレジスタとして加わりました。この1サイクルの遅延はmodule化の実行時の代償で、描画1回あたり1サイクルです。

記事#1028の改良は、呼び出しごとに展開されていた描画ループを1個のサブFSMの再利用に変え、コンパイル時間を87%減らしました。記事#1035から記事#1039は、同じRUN_FSMでdrawLivesと、本体の厚いupdateAlienBullet、updatePlayerBullet、initAllを順に切り出し、1分54秒を54秒まで縮めました。

今回の改良は、ブリッタをモジュールの境界で包んだもので、bscのコンパイル時間を同じPCで51秒から29秒に、44%減らしました。3段階とも主眼はbscのコンパイル時間で、物量は付随して動きます。LUTは各段階で減り、記事#1028で18%、記事#1037から記事#1039で3%、今回で7.0%です。FFは記事#1028で0.5%減ったあと、記事#1037から記事#1039で7%、今回で0.8%増えました。seqをFSMに切り出すたびに状態レジスタと引数のラッチが増えるためで、FSM化はFFを増やす方向に働きます。

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