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设计更轻松 FPGA工程三大黄金法则

2016年11月17日 09:32 次阅读

  FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)这样一个概念,内部包括 可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输出输入模块IOB(Input Output Block)和内部连线(Interconnect)三个部分。 现场可编程门阵列(FPGA)是可编程器件,与传统逻辑电路和门阵列(如PAL,GAL及CPLD器件)相比,FPGA具有不同的结构。

  FPGA利用小型查找表(16&TImes;1RAM)来实现组合逻辑,每个查找表连接到一个D触发器的输入端,触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O,由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块,这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的,存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式,并最终决定了FPGA所能实现的功能,FPGA允许无限次的编程。

设计更轻松 FPGA工程师三大黄金法则

  不管你是一名逻辑设计师、硬件工程师或系统工程师,甚或拥有所有这些头衔,只要你在任何一种高速和多协议的复杂系统中使用了FPGA,你就很可能需要努力解决好器件配置、电源管理、IP集成、信号完整性和其他的一些关键设计问题。

  不过,你不必独自面对这些挑战,因为在当前业内领先的FPGA公司里工作的应用工程师每天都会面对这些问题,而且他们已经提出了一些将令你的设计工作变得更轻松的设计指导原则和解决方案。掌握FPGA设计的三大黄金法则,让你设计更轻松。

  一面积与速度的平衡互换原则

  这里的面积指的是FPGA的芯片资源,包括逻辑资源和I/O资源等;这里的速度指的是FPGA工作的最高频率(和DSP或者ARM不同,FPGA设计的工作频率是不固定的,而是和设计本身的延迟紧密相连)。 在实际设计中,使用最小的面积设计出最高的速度是每一个开发者追求的目标,但是“鱼和熊掌不可兼得”,取舍之间展示了一个开发者的智慧。

  1.速度换面积

  速度优势可以换取面积的节约。面积越小,就意味着可以用更低的成本来实现产品的功能。速度换面积的原则在一些较复杂的算法设计中常常会用到。在这些算法设计中,流水线设计常常是必须用到的技术。在流水线的设计中,这些被重复使用但是使用次数不同的模块将会占用大量的FPGA资源。对FPGA的设计技术进行改造,将被重复使用的算法模块提炼出最小的复用单元,并利用这个最小的高速代替原设计中被重复使用但次数不同的模块。当然,在改造的过程中必然会增加一些其他的资源来实现这个代替的过程。但是只要速度具有优势,那么增加的这部分逻辑依然能够实现降低面积提高速度的目的。

  可以看到,速度换面积的关键是高速基本单元的复用。

  2.面积换速度

  在这种方法中面积的复制可以换取速度的提高。支持的速度越高,就意味着可以实现更高的产品性能。一些注重产品性能的应用领域可以采用并行处理技术,实现面积换速度。

  二硬件可实现原则

  FPGA设计通常会使用HDL语言,比如Verilog HDL或者VHDL。当采用HDL语言来描述一个硬件电路功能的时候,一定要确保代码描述的电路是硬件可实现的。

  Verilog HDL语言的语法与C语言很相似,但是它们之间有着本质的区别。C语言是基于过程的高级语言,编译后可以在CPU上运行。而Verilog HDL语言描述的本身就是硬件结构,编译后是硬件电路。因此,有些语句在C语言的环境中应用是没有问题的,但是在HDL语言环境下就会导致结果不正确或者不理想。如:

  for(i=0;i《16;i++)

  DoSomething();

  在C语言中运行没有任何问题,但是在Verilog HDL的环境下编译就会导致综合后的资源严重浪费。

  同步设计原则

  同步电路和异步电路是FPGA设计的两种基本电路结构形式。

  异步电路的最大缺点是会产生毛刺。同步设计的核心电路是由各种触发器构成的。这类电路的任何输出都是在某个时钟的边沿驱动触发器产生的。所以,同步设计可以很好地避免毛刺的产生。

  FPGA基本特点:

  1) 采用FPGA设计ASIC电路(专用集成电路),用户不需要投片生产,就能得到合用的芯片。

  2) FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

  3) FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。

  4) FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。

  5) FPGA采用高速CMOS工艺,功耗低,可以与CMOS、TTL电平兼容。

  主要FPGA生产厂商

  1) Xilinx 开发平台是ISE

  2) Altera,开发平台是Quartus II

  3) Actel ,开发平台是Libero

  4) LatTIce

  5) Atmel

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ARM是什么意思,arm与cpu是什么关系

被动元件缺货原因被披露整体产业结构或将改变

。国巨先前已先公布去年财报,去年第4季毛利率一举攻上43.7%,年成长19个百分点,不仅笑傲台系被动...

发表于 2018-03-13 14:58 555次阅读
被动元件缺货原因被披露整体产业结构或将改变

CAN总线结构与CAN总线标准帧

CAN总线规范采用了ISO-OSI(Open System Interconnection Refe...

发表于 2018-03-13 14:09 650次阅读
CAN总线结构与CAN总线标准帧

传统FPGA调试方案与EXOSTIV Probe...

相信每一个电子工程师在项目开发的过程中都不可避免的要进行方案的调试,除了模拟调试我们还必须进行真机调...

发表于 2018-03-13 13:54 555次阅读
传统FPGA调试方案与EXOSTIV Probe...

PWM蜂鸣器驱动之引脚分配

在Pin Planner界面最下面出现的“Node Name”一列中,有我们的3个信号接口,这里“L...

发表于 2018-03-13 10:09 489次阅读
PWM蜂鸣器驱动之引脚分配

用STM32测量频率和占空比的几种方法

在内存复制过程中,面对大数据量的转移时利用DMA。所以,我们使用输入捕获事件触发DMA来搬运寄存器而...

发表于 2018-03-13 10:02 1487次阅读
用STM32测量频率和占空比的几种方法

人眼仿生学原理设计一种嵌入式的微型3D图像传感器

3D图像传感器系统结构包含两只CMOS型图像传感器及缓存图像数据的SDRAM,为了对两只图像传感器...

发表于 2018-03-13 09:55 570次阅读
人眼仿生学原理设计一种嵌入式的微型3D图像传感器

AS配置方式由FPGA器件引导配置操作过程

JTAG模式在线下载FPGA的原理如图7.15所示,PC端的Quartus II软件通过下载线缆将b...

发表于 2018-03-13 09:46 491次阅读
AS配置方式由FPGA器件引导配置操作过程

Linux跟踪器如何选择,学会这招就很简单了

跟踪器tracer是一个高级的性能分析和调试工具,如果你使用过 strace或者 tcpdump,你...

发表于 2018-03-12 15:45 411次阅读
Linux跟踪器如何选择,学会这招就很简单了

高通执行董事长下野,真的是从“最大利益”出发?

保罗∙雅各布未来仍会是董事会的一员,但将不再负责执行、管理等相关事宜。高通董事会认为,在这个“公司历...

发表于 2018-03-12 15:23 1985次阅读
高通执行董事长下野,真的是从“最大利益”出发?

献给那些刚刚踏上硬件之路的同学们:硬件开发经验

在进行FPGA学习的时候,我遇到过问题停滞不前,试验没有进展,心情沮丧的时候。那时对底层硬件一无所知...

发表于 2018-03-12 14:18 846次阅读
献给那些刚刚踏上硬件之路的同学们:硬件开发经验

联发科2月份业绩创下3年来新低,为何会如此?

对于联发科的另一个重要合作者OPPO来说,与联发科的合作似乎也未能带来好消息,据市调机构IDC发布的...

发表于 2018-03-12 11:09 1347次阅读
联发科2月份业绩创下3年来新低,为何会如此?

FPGA设计的经验技巧,FPGA开发设计经验总结

FPGA(Field-Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列,它是在P...

发表于 2018-03-12 10:35 562次阅读
FPGA设计的经验技巧,FPGA开发设计经验总结

FPGA控制的无人机电源管理系统

工业电子产品的发展趋势是更小的电路板尺寸、更时尚的外形和更具成本效益。由于这些趋势,电子系统设计人员...

发表于 2018-03-12 09:48 2943次阅读
FPGA控制的无人机电源管理系统

如何用面包版绕线做原型CPU?

基于74HC系列的CMOS积体电路,插在面包板上用电线跳接起来,他花了两天时间画电路图、一个星期时间...

发表于 2018-03-12 09:21 190次阅读
如何用面包版绕线做原型CPU?

AI领域芯片已“炒作”过热但AI芯片未来发展还有...

华大学微电子所所长魏少军9日呼吁,当前,AI领域芯片已“炒作”过热,在目前还没有出现AI通用算法的芯...

发表于 2018-03-12 09:16 575次阅读
AI领域芯片已“炒作”过热但AI芯片未来发展还有...

详解DDR布线最简规则与过程

星形拓补就是地址线走到两片DDR中间再向两片DDR分别走线,菊花链就是用地址线把两片DDR“串起来”...

发表于 2018-03-12 08:36 1590次阅读
详解DDR布线最简规则与过程