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什么是FPGA開發(fā)?

2024-8-26  閱讀(490)

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FPGA 開發(fā)是定制設(shè)計 FPGA 并開發(fā)具有所需功能的 IC 的過程。

FPGA是“Field Programmable Gate Array"的縮寫,是一種可以在開發(fā)現(xiàn)場對功能進(jìn)行編程的集成電路。 FPGA 具有大量的電路,例如運(yùn)算單元、存儲器、寄存器和簡單的邏輯電路。

如果不做任何修改,它只是一個沒有任何功能的電路陣列,但是通過組合內(nèi)部電路并設(shè)計邏輯電路,開發(fā)人員可以自由地添加他們想要的功能。

與 FPGA 類似,也有ASIC(專用集成電路)可以根據(jù)用戶的意愿進(jìn)行定制,但這些定制功能是在 IC 制造之前設(shè)計的。不僅設(shè)計和開發(fā)需要時間,而且產(chǎn)品一旦制成,就不可能在現(xiàn)場隨意改變其功能。

FPGA 開發(fā)用例

FPGA 開發(fā)對于電子設(shè)備和電路板(包括 IC)的開發(fā)至關(guān)重要。我們在通信、汽車、醫(yī)療設(shè)備、消費(fèi)設(shè)備等所有領(lǐng)域的電子設(shè)備開發(fā)領(lǐng)域開發(fā)FPGA。

能夠?qū)⒈匾墓δ芫幊痰紽PGA中,在電子設(shè)備上實(shí)際測試并反饋結(jié)果,這是FPGA開發(fā)的一個優(yōu)勢。開發(fā)時間比 ASIC 設(shè)計更短,更容易返工和調(diào)整。

另一個缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本比ASIC更高,因此一直有在開發(fā)階段使用FPGA,然后在設(shè)計完成后將ASIC安裝到最終產(chǎn)品上的趨勢。然而,隨著近年來半導(dǎo)體制造技術(shù)的進(jìn)步,F(xiàn)PGA的集成度越來越高,成本越來越低,并且FPGA在最終產(chǎn)品中的應(yīng)用案例也在不斷增加。

FPGA開發(fā)原理

FPGA開發(fā)流程與ASIC等其他IC開發(fā)流程基本相同。在ASIC開發(fā)中,制造部門負(fù)責(zé)原型制作過程,而在FPGA開發(fā)中,F(xiàn)PGA開發(fā)人員還進(jìn)行在實(shí)際芯片上實(shí)現(xiàn)程序的過程,這對應(yīng)于ASIC原型。

FPGA開發(fā)流程包括以下步驟。

1、規(guī)格確定

我們編制“規(guī)范",例如FPGA要實(shí)現(xiàn)的功能、與包含F(xiàn)PGA的系統(tǒng)上其他部分的接口、時序約束等,并修剪符合規(guī)范的FPGA。

2、邏輯電路設(shè)計

邏輯行為是使用VHDL和Verilog-HDL等硬件描述語言來描述的。

3. 功能驗(yàn)證

進(jìn)行功能仿真以確保邏輯電路的正確運(yùn)行。

4. 編譯

根據(jù)HDL描述生成FPGA上由門組成的邏輯公式,然后優(yōu)化邏輯公式并生成網(wǎng)表。之后,將各個電路放置在實(shí)際的FPGA上,并確定電路之間的布線。這一系列的步驟稱為編譯。

5. 時序驗(yàn)證

根據(jù)布局和布線信息模擬物理延遲時間,并確認(rèn)滿足時序約束。

6. 下載

將生成的電路數(shù)據(jù)下載到FPGA。通過這個過程,原本只是一個門陣列的FPGA變成了開發(fā)者想要的電路。

7. FPGA運(yùn)行驗(yàn)證

操作FPGA并確認(rèn)不存在功能缺陷或性能不足。運(yùn)行驗(yàn)證有兩種方法:將FPGA安裝在評估板上并運(yùn)行評估模擬,以及將FPGA實(shí)際安裝在系統(tǒng)中并運(yùn)行的實(shí)際驗(yàn)證。由于實(shí)際器件驗(yàn)證所需的驗(yàn)證時間較短,適合大門規(guī)模的FPGA。


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