基于eda技術(shù)的fpga設(shè)計

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1、基于EDA技術(shù)的FPGA設(shè)計對傳統(tǒng)電子系統(tǒng)設(shè)計方法與現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計方法進(jìn)行了比較,引出了基于EDA技術(shù)的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)電路,提出現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)是近年來迅速發(fā)展的大規(guī)?？删幊虒Ｓ眉呻娐?ASIC),在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)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(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)、應(yīng)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)將是未來電子產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)發(fā)展的主要方向。集成電路技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展,讓電子產(chǎn)品設(shè)計有了更好的應(yīng)用市場,實(shí)現(xiàn)方法也有了更多的選擇。傳統(tǒng)電子產(chǎn)品設(shè)計方案是一種基于電路板的設(shè)計方法,該方法需要選用大

2、量的固定功能器件,然后通過這些器件的配合設(shè)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(shè)計上。隨著計算機(jī)性價比的提高及可編程邏輯器件的出現(xiàn),對傳統(tǒng)的數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計方法進(jìn)行了解放性的革命,現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計方法是設(shè)計師自己設(shè)計芯片來實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)的功能,將傳統(tǒng)的固件選用及電路板設(shè)計工作放在芯片設(shè)計中進(jìn)行。從20世紀(jì)90年代初開始,電子產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)日趨數(shù)字化、復(fù)雜化和大規(guī)模集成化,各種電子系統(tǒng)的設(shè)計軟件應(yīng)運(yùn)而生。在這些專業(yè)化軟件中,EDA(ElectronicDesignAutomation)具有一定的代表性,EDA技術(shù)是一種基于芯片的現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計方法。它的優(yōu)勢主要集

3、中在能用HDL語言進(jìn)行輸入、進(jìn)行PLD(可編程器件)的設(shè)計與仿真等系統(tǒng)設(shè)計自動化上;20世紀(jì)90年末,可編程器件又出現(xiàn)了模擬可編程器件,由于受技術(shù)、可操作性及性價比的影響,今后EDA技術(shù)會向模擬可編程器件的設(shè)計與仿真方向發(fā)展,并占據(jù)市場的一定份額。EDA技術(shù)主要包括大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?、硬件描述語言、開發(fā)軟件工具及實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)4個方面。其中,大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷抢肊DA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計的載體硬件,描述語言是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計的主要表達(dá)手段,開發(fā)軟件工具是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計的智能化與自動化設(shè)計工具,實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)則是提供芯片下載電路及EDA實(shí)驗(yàn)、開發(fā)的

4、外圍資源。FPGA結(jié)構(gòu)概述現(xiàn)場可編程門陣列FPGA作為集成度和復(fù)雜程度最高的可編程ASIC。是ASIC的一種新型門類,它建立在創(chuàng)新的發(fā)明構(gòu)思和先進(jìn)的EDA技術(shù)之上。運(yùn)算器、乘法器、數(shù)字濾波器、二維卷積器等具有復(fù)雜算法的邏輯單元和信號處理單元的邏輯設(shè)計都可選用FPGA實(shí)現(xiàn)。以Xilinx的FPGA器件為例,它的結(jié)構(gòu)可以分為3個部分:可編程邏輯塊CLB(ConfigurableLogicBlocks)、可編程I/O模塊IOB(Input/OutputBlock)和可編程內(nèi)部連接PI(ProgrammableInterconnect)。CLB在器件中排列為陣列,周圍環(huán)形內(nèi)部連線,IOB

5、分布在四周的管腳上。Xilinx的CLB功能很強(qiáng),不僅能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯函數(shù),還可以配置成RAM等復(fù)雜的形式。現(xiàn)場可編程門陣列FPGA是含有大規(guī)模數(shù)字電路的通用性器件。這些數(shù)字電路之間的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是由用戶使用更高級的軟件來定義的。FPGA可以進(jìn)行無限次的重復(fù)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(lián)文件來實(shí)現(xiàn)的,極大地推動了復(fù)雜數(shù)字電路的設(shè)計,縮短了故障檢查的時間。傳統(tǒng)的數(shù)字邏輯設(shè)計使用TTL電平和小規(guī)模的數(shù)字集成電路來完成邏輯電路圖。使用這些標(biāo)準(zhǔn)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和復(fù)雜的電路集成板(焊接調(diào)試)等工作,如果出現(xiàn)錯誤,改動起來特別麻煩。因此,

6、采用傳統(tǒng)電子設(shè)計方案人員的很大一部分工作主要集中在設(shè)備器件之間物理連接、調(diào)試以及故障解決方面。正是因?yàn)镕PGA的EDA技術(shù)使用了更高級的計算機(jī)語言,電路的生成基本上是由計算機(jī)來完成,將使用戶能較快地完成更復(fù)雜的數(shù)字電路設(shè)計,由于沒有器件之間的物理連接,因此調(diào)試及故障排除更迅速、有效?？删幊烫攸c(diǎn)有助復(fù)雜電路設(shè)計FPGA能進(jìn)行無限次的重復(fù)編程。因此能夠在相同的器件上進(jìn)行修改和卸載已經(jīng)完成好的設(shè)計。在一個FPGA芯片上的基本部件數(shù)量增加了很多,這使得在FPGA上實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的電子電路設(shè)計變成比較現(xiàn)實(shí)。由于采用FPGA的EDA技術(shù)所產(chǎn)生的性價比更高一些,從而使得最近有多家公司開始采用這項

7、技術(shù),并且這種增長趨勢仍舊在繼續(xù)。FPGA中的邏輯塊是CLB,邏輯塊是指PLD(ProgrammableLogicDevice)芯片中按結(jié)構(gòu)劃分的功能模塊,它有相對獨(dú)立的組合邏輯單元,塊間靠互連系統(tǒng)聯(lián)系。FPGA的邏輯塊粒度小,輸入變量為4～8,輸出變量為1～2,每塊芯片中有幾十到上千個這樣的單元,使用時非常靈活。FPGA內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)是靠可編程互聯(lián)PI實(shí)現(xiàn)邏輯塊之間的聯(lián)接。它的互聯(lián)是分布式的,它的延時與系統(tǒng)布局有關(guān),不同的布局,互聯(lián)延時不同。根據(jù)FPGA的不同類型,可采用開關(guān)矩陣