基于EDA技术的FPGA设计

可编程特点有助复杂电路设计

FPGA能进行无限次的重复编程。因此能够在相同的器件上进行修改和卸载已经完成好的设计。在一个FPGA芯片上的基本部件数量增加了很多,这使得在FPGA上实现非常复杂的电子电路设计变成比较现实。由于采用FPGA的EDA技术所产生的性价比更高一些,从而使得最近有多家公司开始采用这项技术,并且这种增长趋势仍旧在继续。
FPGA中的逻辑块是CLB,逻辑块是指PLD(Programmable Logic Device)芯片中按结构划分的功能模块,它有相对独立的组合逻辑单元,块间靠互连系统联系。FPGA的逻辑块粒度小,输入变量为4～8,输出变量为1～2,每块芯片中有几十到上千个这样的单元,使用时非常灵活。FPGA内部互连结构是靠可编程互联P I实现逻辑块之间的联接。它的互联是分布式的,它的延时与系统布局有关,不同的布局,互联延时不同。根据FPGA的不同类型,可采用开关矩阵或反熔线丝技术将金属线断的端点连接起来,从而使信号可以交换于任意两逻辑单元之间。
采用FPGA技术集成设计数字电路产品最大的特点就是可以使设计和实现相统一,无须前期风险投资,而且设计实现均在实验室的EDA开发系统上进行,周期很短,大大有利于现代产品的市场竞争需求,所以,FPGA的应用设计,特别适应于电子新产品的小批量开发,科研项目的样机试制以及ASIC产品设计的验证,能够进行现场设计实现、现场仿真及现场修改。由此,受到电子产品设计工程师的广泛推崇和欢迎。

FPGA的应用领域

FPGA所具有的无限次可重复编程能力,灵活的体系结构,丰富的触发器及布线资源等一系列的特点使得它可以满足电子产品设计的多种需求。FPGA的应用领域主要集中在替换通用逻辑和复杂逻辑、重复编程使用、板极设计集成、高速计数器、加减法器、累加器和比较器的实现、总线接口逻辑等方面。
应用和开发FPGA必须对器件的性能有一个全面了解,例如对器件的容量、速度、功耗,接口要求和引脚数目等进行综合考虑,同时还要注意以下几个细节问题:
● 时序电路应用“上电”复位电路,保证开机加电后,置时序电路于初始状态;
● 器件的电源与地引脚必须并接一只0.1μF的无感电容,起滤波和去耦作用;
● 不能采用数目是偶数的反向器串联的方法构成“延时电路”,一则延时的时间不准确,二则自动编译时会作为冗余电路被简化掉;
● 主要的全局缓冲器必须由半专用的焊盘驱动,次要的全局缓冲器可以来源于半专用的焊盘或内部网线;
● 引脚之间严禁短路,忌用万用表直接测量器件引脚;
● 器件的I/ O口如被定义为输出端,忌对该端加信号,否则将损坏芯片;
● 低功耗的器件如接负载过大时,不仅会使所用器件的工作效率显著降低,甚至会损伤芯片。

结语

基于EDA技术的现场可编程门阵列FPGA集成度高,结构灵活,设计方法多样,开发周期短,调试方便,修改容易,应用领域极为广泛。面对科学技术高速发展、市场竞争十分激烈的现实,熟练的掌握EDA设计技术,灵活巧妙的使用FPGA至关重要,其前景将是十分乐观的。

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