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基于FPGA的芯片设计及其应用 免费猫

发布时间:2020-02-17 13:32:48 阅读: 来源:冷却塔厂家

基于FPGA的芯片设计及其应用 - FPGA/CPLD - 电子工程网

过去,半导体行业一直关注的两个目标是缩小体积和提高速率。近 40年来,对这些目标的追求促使行业发展符合摩尔定律,性能和电路密度每18个月翻倍。导致技术高速发展,蕴育了计算机革命、互联网革命以及现在的无线通信革命。但同时也为此付出了代价。一种代价是物理上的。工艺技术上的每一次进步都使得芯片晶体管的“关断”电流增加,也就是待机功耗在增加。另一代价是金钱。每一工艺节点的开发成本呈指数增加。

在芯片设计中FPGA的优势是节约成本

65nm和后续工艺节点上需要考虑的是合理的资金分配,而ASIC设计方法成本高,预期收益回报较低。设计人员应认真考虑使用现场可编程门阵列(FPGA)。这些器件解决了当今设计人员面临的功耗问题,有较好的ROI。

FPGA设计的研发成本要比ASIC低几个数量级,开发人员设计FPGA时,不用面对数百万美元的模板成本,不需要在晶体管级单元布局布线上的高级专业技能,也不需要昂贵的自动设计工具和工艺库。

FPGA的可编程能力还避免了今后大量的研发开支。在产品生命周期中,如果需要在已有设计中加入新功能,对FPGA重新进行编程便可以简单地实现功能改进。而对ASIC设计进行微小的改动也需要在新模板上投入大量人力物力。

认识到可编程优点的开发人员可能会考虑基于处理器的ASIC设计方法。在这一方面,FPGA同样具有优势。可编程逻辑在实现功能上效率要比软件高得多,和基于处理器的设计相比,不但降低了功耗,而且提高了任务执行速度。在基于处理器的设计中,FGPA的确经常被用作硬件加速器。

各种客户群大量采用FPGA,使FPGA的产效在消费类设计上和大批量ASIC水平相当。量产也使得FPGA供应商有足够的收益来切实投入研发。结果, FPGA在体系结构、设计和工艺上是目前最先进的技术,足以和最好的ASIC进行竞争。而且,研发上的投入也保证了FPGA成为功能更强大、质量更好的可靠器件。

对量产的预测已经得到证实。在过去几年中,FPGA的收益超出了半导体市场的总体水平,而且有加速发展的趋势,原因在于芯片技术的复杂度越来越高,业界大量应用降低了对产品量产的预期。所有因素都对FPGA更加有利,而非ASIC。

随着半导体技术在65nm上的突破,人们越来越关心功耗和开发成本问题。使用这些技术的芯片物理设计遇到了更多的挑战,ASIC设计方法实现起来更加困难。设计人员转向基于FPGA的设计后,能够从芯片物理设计难题中抽身而出,让FPGA公司去解决这些问题,把精力集中在应用和系统设计的核心能力以及价值定位上。

基于FPGA的芯片设计方法

1、基于FPGA的电路设计流程如下:逻辑设计—网表设计—FPGA的初始布局—自动布局—自动布线—产生加载FPGA的配置位图。

2、基于FPGA的芯片设计的设计方法:

(1) 选择适当型号的芯片,以提高性能和价格比。

(2) 逻辑设计中尽可能采用适合于FPGA特性的电路,充分、高效、合理地利用FPGA资源。由于门阵列芯片固有的特点,即资源的数量及种类固定,因此在电路设计中应采用相应的对策,以便扬长避短,充分发挥FPGA芯片的功效,基于以上考虑,以下两点显得尤为必要。一点是充分利用单元库中提供的宏单元,另一点是尽可能地减少逻辑设计中的线网长度和数量,这里所说的线网长度,指的是该线网所连接的逻辑单元的数量的总和。

(3) 精心布局,以提高整个系统的性能。

(4) 手工调整布线,充分利用长线资源,确保设计出的芯片满足设计需求。与自动布局一样,自动布线系统布出的线业经常存在着明显的不合理,对布线进行人工干预也是十分必要的。

(5) 运用自动布局布线工具、布出具有同样功能的多块芯片。

XILINX基于FPGA的芯片设计整体解决方案

通过缩短开发产品和将它们推向市场所需的时间,Xilinx 可编程逻辑解决方案能够帮助电子设备制造商将风险降至最低水平。

您能够以比传统方法(如掩模编程的、固定逻辑门阵列)快得多的速度设计和验证 Xilinx 可编程器件中独特的电路。并且,因为 Xilinx 器件是只需要进行编程的标准产品,所以您无需等待原型,也无需支付大量的非经常性工程(NRE)成本。

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专题阐述

本专题首先介绍了FPGA在芯片设计领域的优势及这其中的一些关键技术,在举例说明了它的应用特点之后,以XILINX在芯片设计领域的重点产品和整体解决方案做为收尾,使读者从基础理论知识到具体的应用实践都有清晰的了解,同时也对基于FPGA 的芯片设计过程的认识更加融会贯通。

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