基于EDA技術的FPGA設計

基于EDA技術的FPGA設計

基于EDA技術的FPGA設計 對傳統電子系統設計方法與現代電子系統設計方法進行了比較,引出了基于EDA技術的現場可編程門陣列(FPGA)電路,提出現場可編程門陣列(FPGA)是近年來迅速發展的大規模可編程專用集成電路(ASIC),在數字系統設計和控制電路中越來越受到重視。介紹了這種電路的基本結構、性能特點、應用領域及使用中的注意事項。對基于EDA技術的FPGA進行了展望。指出EDA技術將是未來電子產品設計技術發展的主要方向。

集成電路技術和計算機技術的蓬勃發展,讓電子產品設計有了更好的應用市場,實現方法也有了更多的選擇。傳統電子產品設計方案是一種基于電路板的設計方法,該方法需要選用大量的固定功能器件,然后通過這些器件的配合設計從而模擬電子產品的功能,其工作集中在器件的選用及電路板的設計上。
隨著計算機性價比的提高及可編程邏輯器件的出現,對傳統的數字電子系統設計方法進行了解放性的革命,現代電子系統設計方法是設計師自己設計芯片來實現電子系統的功能,將傳統的固件選用及電路板設計工作放在芯片設計中進行。從20世紀90年代初開始,電子產品設計系統日趨數字化、復雜化和大規模集成化,各種電子系統的設計軟件應運而生。
在這些專業化軟件中,EDA(Electronic Design Automation)具有一定的代表性,EDA技術是一種基于芯片的現代電子系統設計方法。它的優勢主要集中在能用HDL語言進行輸入、進行PLD(可編程器件)的設計與仿真等系統設計自動化上;20世紀90年末,可編程器件又出現了模擬可編程器件,由于受技術、可操作性及性價比的影響,今后EDA技術會向模擬可編程器件的設計與仿真方向發展,并占據市場的一定份額。
EDA技術主要包括大規模可編程邏輯器件、硬件描述語言、開發軟件工具及實驗開發系統4個方面。其中,大規模可編程邏輯器件是利用EDA技術進行電子系統設計的載體硬件,描述語言是利用EDA技術進行電子系統設計的主要表達手段,開發軟件工具是利用EDA技術進行電子系統設計的智能化與自動化設計工具,實驗開發系統則是提供芯片下載電路及EDA實驗、開發的外圍資源。

FPGA結構概述

現場可編程門陣列FPGA作為集成度和復雜程度最高的可編程ASIC。是ASIC的一種新型門類,它建立在創新的發明構思和先進的EDA技術之上。運算器、乘法器、數字濾波器、二維卷積器等具有復雜算法的邏輯單元和信號處理單元的邏輯設計都可選用FPGA實現。以Xilinx的FPGA器件為例,它的結構可以分為3個部分:可編程邏輯塊CLB(Configurable Logic Blocks)、可編程I/O模塊IOB(Input/Output Block)和可編程內部連接PI (Programmable Interconnect)。CLB在器件中排列為陣列,周圍環形內部連線,IOB分布在四周的管腳上。Xilinx的CLB功能很強,不僅能夠實現邏輯函數,還可以配置成RAM等復雜的形式。
現場可編程門陣列FPGA是含有大規模數字電路的通用性器件。這些數字電路之間的互聯網絡是由用戶使用更高級的軟件來定義的。FPGA可以進行無限次的重復編程,從一個電路到另一個電路的變化是通過簡單的卸載互聯文件來實現的,極大地推動了復雜數字電路的設計,縮短了故障檢查的時間。
傳統的數字邏輯設計使用TTL電平和小規模的數字集成電路來完成邏輯電路圖。使用這些標準的邏輯器件已經被證實是最便宜的手段,但是要求做一些布線和復雜的電路集成板(焊接調試)等工作,如果出現錯誤,改動起來特別麻煩。因此,采用傳統電子設計方案人員的很大一部分工作主要集中在設備器件之間物理連接、調試以及故障解決方面。正是因為FPGA的EDA技術使用了更高級的計算機語言,電路的生成基本上是由計算機來完成,將使用戶能較快地完成更復雜的數字電路設計,由于沒有器件之間的物理連接,因此調試及故障排除更迅速、有效。

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