基于EDA技術的FPGA設計計算機應用

可編程特點有助復雜電路設計

FPGA能進行無限次的重復編程。因此能夠在相同的器件上進行修改和卸載已經完成好的設計。在一個FPGA 芯片上的基本部件數量增加了很多,這使得在FPGA上實現非常復雜的電子電路設計變成比較現實。由于采用FPGA的EDA技術所產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技術,并且這種增長趨勢仍舊在繼續。
FPGA中的邏輯塊是CLB,邏輯塊是指PLD (Programmable Logic Device)芯片中按結構劃分的功能模塊,它有相對獨立的組合邏輯單元,塊間靠互連系統聯系。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內部互連結構是靠可編程互聯P I實現邏輯塊之間的聯接。它的互聯是分布式的,它的延時與系統布局有關,不同的布局,互聯延時不同。根據FPGA的不同類型,可采用開關矩陣或反熔線絲技術將金屬線斷的端點連接起來,從而使信號可以交換于任意兩邏輯單元之間。
采用FPGA技術集成設計數字電路產品最大的特點就是可以使設計和實現相統一,無須前期風險投資,而且設計實現均在實驗室的EDA開發系統上進行,周期很短,大大有利于現代產品的市場競爭需求,所以,FPGA的應用設計, 特別適應于電子新產品的小批量開發,科研項目的樣機試制以及ASIC產品設計的驗證,能夠進行現場設計實現、現場仿真及現場修改。由此,受到電子產品設計工程師的廣泛推崇和歡迎。

FPGA的應用領域

FPGA所具有的無限次可重復編程能力,靈活的體系結構,豐富的觸發器及布線資源等一系列的特點使得它可以滿足電子產品設計的多種需求。FPGA的應用領域主要集中在替換通用邏輯和復雜邏輯、重復編程使用、板極設計集成、高速計數器、加減法器、累加器和比較器的實現、總線接口邏輯等方面。
應用和開發FPGA必須對器件的性能有一個全面了解,例如對器件的容量、速度、功耗,接口要求和引腳數目等進行綜合考慮,同時還要注意以下幾個細節問題:
● 時序電路應用“上電”復位電路,保證開機加電后,置時序電路于初始狀態;
● 器件的電源與地引腳必須并接一只0.1μF的無感電容,起濾波和去耦作用;
● 不能采用數目是偶數的反向器串聯的方法構成“延時電路”,一則延時的時間不準確,二則自動編譯時會作為冗余電路被簡化掉;
● 主要的全局緩沖器必須由半專用的焊盤驅動,次要的全局緩沖器可以來源于半專用的焊盤或內部網線;
● 引腳之間嚴禁短路,忌用萬用表直接測量器件引腳;
● 器件的I/ O口如被定義為輸出端,忌對該端加信號,否則將損壞芯片;
● 低功耗的器件如接負載過大時,不僅會使所用器件的工作效率顯著降低,甚至會損傷芯片。

結語

基于EDA技術的現場可編程門陣列FPGA集成度高,結構靈活,設計方法多樣,開發周期短,調試方便,修改容易,應用領域極為廣泛。面對科學技術高速發展、市場競爭十分激烈的現實,熟練的掌握EDA設計技術,靈活巧妙的使用FPGA至關重要,其前景將是十分樂觀的。