=====================第1章FPGA基础知识=================== FPGA设计工程师努力的方向
SOPC,高速串行I/O,低功耗,可靠性,可测试性和设计验证流程的优化等方面。随着芯片工艺的提高,芯片容量、集成度都在增加,FPGA设计也朝着高速、高度集成、低功耗、高可靠性、高可测、可验证性发展。芯片可测、可验证,正在成为复杂设计所必备的条件,尽量在上板之前查出bug,将发现bug的时间提前,这也是一些公司花大力气设计仿真平台的原因。另外随着单板功能的提高、成本的压力,低功耗也逐渐进入FPGA设计者的考虑范围,完成相同的功能下,考虑如何能够使芯片的功耗最低。高速串行IO的应用,也丰富了FPGA的应用范围,象xilinx的v2pro中的高速链路也逐渐被应用。总之,学无止境,当掌握一定概念、方法之后,就要开始考虑FPGA其它方面的问题了。
简述FPGA等可编程逻辑器件设计流程
系统设计电路构思,设计说明与设计划分,电路设计与输入(HDL代码、原理图),功能仿真与测试,逻辑综合,门级综合,逻辑验证与测试(综合后仿真),布局布线,时序仿真,板级验证与仿真,加载配置,在线调试。常用开发工具(AlteraFPGA)
HDL语言输入:TextEditor(HDL语言输入),还可以使用UltraEdit原理图输入:SchematicEditorIPCore输入:MegaWinzad
综合工具:Synplify/SynplifyPro,QaustusII内嵌综合工具仿真工具:ModelSim
实现与优化工具:QuartusII集成的实现工具有AssignmentEditor(约束编辑器)、LogicLock(逻辑锁定工具)、PowerFitFitter(布局布线器)、TimingAnalyzer(时序分析器,STA分析工具)、FloorplanEditor(布局规划器)、ChipEditor(底层编辑器)、DesignSpaceExplorer(设计空间管理器)、DesignAssistant(检查设计可靠性)等。后端辅助工具:Assembler(编程文件生成工具),Programmer(下载编程工具),PowerGauge(功耗仿真器)
调试工具:SignalTapII(在线逻辑分析仪),SignalProbe(信号探针)。系统级设计环境:SOPCBuilder,DSPBuilder,SoftwareBuilder。 Quartus文件管理
1.编译必需的文件:设计文件(.gdf、.bdf、EDIF输入文件、.tdf、verilog设计文件、.vqm、.vt、VHDL设计文件、.vht)、存储器初始化文件(.mif、.rif、.hex)、配置文件(.qsf、.tcl)、工程文件(.qpf)。 2.编译过程中生成的中间文件(.eqn文件和db目录下的所有文件.tdf,.hdb,.xml等)3.编译结束后生成的报告文件(.rpt、.qsmg等)
4.根据个人使用习惯生成的界面配置文件(.qws等)5.编程文件(.sof、.pof、.ttf等) IC设计流程
写出一份设计规范,设计规范评估,选择芯片和工具,设计,(仿真,设计评估,综合,布局和布线,仿真和整体检验)检验,最终评估,系统集成与测试,产品运输。设计规则:使用自上而下的设计方法(行
为级,寄存器传输级,门电路级),按器件的结构来工作,做到同步设计,防止亚稳态的出现,避免悬浮的节点,避免总线的争抢(多个输出端同时驱动同一个信号)。
设计测试(DFT)强调可测试性应该是设计目标的核心,目的是排除一个芯片的设计缺陷,捕获芯片在物理上的缺陷问题。
ASIC设计要求提供测试结构和测试系向量。FPGA等默认生产厂商已经进行了适当的测试。测试的10/10原则:测试电路的规模不要超过整个FPGA的10%,花费在设计和仿真测试逻辑上的时间不应超过设计整个逻辑电路的10%。 FPGA基本结构
可编程输入/输出单元,基本可编程逻辑单元,嵌入式块RAM,丰富的布线资源,底层嵌入式功能单元,内嵌专用硬核。
常用的电气标准有LVTTL,LCCMOS,SSTL,HSTL,LVDS,LVPECL,PCI等。 FPGA悬浮的总线会增加系统内的噪声,增加功率的损耗,并且具有潜在的产生不稳定性的问题,解决方案是加上拉电阻。
对于SRAM型器件,路径是通过编程多路选择器实现;对于反熔丝型器件,路径通过传导线(高阻抗,有RC延时)来实现的。这两种结构都显着加大了路径延时。 FPGA选型时要考虑哪些方面
需要的逻辑资源、应用的速度要求,功耗,可靠性,价格,开发环境和开发人员的熟悉程度。 同步设计的规则