基于EDA技術(shù)的FPGA設計

基于EDA技術(shù)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(jìn)行了比較,引出了基于EDA技術(shù)的現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)電路,提出現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)是近年來(lái)迅速發(fā)展的大規�？删幊虒�(zhuān)用集成電路(ASIC),在數字系統設計和控制電路中越來(lái)越受到重視。介紹了這種電路的基本結構、性能特點(diǎn)、應用領(lǐng)域及使用中的注意事項。對基于EDA技術(shù)的FPGA進(jìn)行了展望。指出EDA技術(shù)將是未來(lái)電子產(chǎn)品設計技術(shù)發(fā)展的主要方向。

集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)的蓬勃發(fā)展,讓電子產(chǎn)品設計有了更好的應用市場(chǎng),實(shí)現方法也有了更多的選擇。傳統電子產(chǎn)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(guò)這些器件的配合設計從而模擬電子產(chǎn)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(zhù)計算機性?xún)r(jià)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(jìn)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(lái)實(shí)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(jìn)行。從20世紀90年代初開(kāi)始,電子產(chǎn)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(zhuān)業(yè)化軟件中,EDA(Electronic Design Automation)具有一定的代表性,EDA技術(shù)是一種基于芯片的現代電子系統設計方法。它的優(yōu)勢主要集中在能用HDL語(yǔ)言進(jìn)行輸入、進(jìn)行PLD(可編程器件)的設計與仿真等系統設計自動(dòng)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(shù)、可操作性及性?xún)r(jià)比的影響,今后EDA技術(shù)會(huì )向模擬可編程器件的設計與仿真方向發(fā)展,并占據市場(chǎng)的一定份額。
EDA技術(shù)主要包括大規�？删幊踢壿嬈骷�、硬件描述語(yǔ)言、開(kāi)發(fā)軟件工具及實(shí)驗開(kāi)發(fā)系統4個(gè)方面。其中,大規�？删幊踢壿嬈骷�是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統設計的載體硬件,描述語(yǔ)言是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統設計的主要表達手段,開(kāi)發(fā)軟件工具是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統設計的智能化與自動(dòng)化設計工具,實(shí)驗開(kāi)發(fā)系統則是提供芯片下載電路及EDA實(shí)驗、開(kāi)發(fā)的外圍資源。

FPGA結構概述

現場(chǎng)可編程門(mén)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(mén)類(lèi),它建立在創(chuàng )新的發(fā)明構思和先進(jìn)的EDA技術(shù)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(shí)現。以Xilinx的FPGA器件為例,它的結構可以分為3個(gè)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?chē)�環(huán)形內部連線(xiàn),IOB分布在四周的管腳上。Xilinx的CLB功能很強,不僅能夠實(shí)現邏輯函數,還可以配置成RAM等復雜的形式。
現場(chǎng)可編程門(mén)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(lián)網(wǎng)絡(luò )是由用戶(hù)使用更高級的軟件來(lái)定義的。FPGA可以進(jìn)行無(wú)限次的重復編程,從一個(gè)電路到另一個(gè)電路的變化是通過(guò)簡(jiǎn)單的卸載互聯(lián)文件來(lái)實(shí)現的,極大地推動(dòng)了復雜數字電路的設計,縮短了故障檢查的時(shí)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(lái)完成邏輯電路圖。使用這些標準的邏輯器件已經(jīng)被證實(shí)是最便宜的手段,但是要求做一些布線(xiàn)和復雜的電路集成板(焊接調試)等工作,如果出現錯誤,改動(dòng)起來(lái)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(shù)使用了更高級的計算機語(yǔ)言,電路的生成基本上是由計算機來(lái)完成,將使用戶(hù)能較快地完成更復雜的數字電路設計,由于沒(méi)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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