fpga 的系统设计方法解析

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1、MicrocomputerApplicationsVol.23,No.1,2007　　　　技术交流　　　　微型电脑应用2007年第23卷第1期文章编号:1007-757X(2007)01-0048-04FPGA的系统设计方法解析程耀林①摘　要:本文对FPGA的系统设计思想和方法作了简要的介绍和一定的探讨,并总结了FPGA设计的通用流程,重点对设计流程中的每一个环节以及相关的概念进行了详细的分析,并谈了作者个人的一些经验。最后简单地介绍了FPGA常见的开发工具,并总结了可编程器件的基本特点。关键词:FPGA;系统设计;网表;综合;仿真;适配中图分类号:TP368　　　文献标识码

2、:AFPGA(FieldProgrammableGateArray,现场可编程门体设计不一定都包括):系统功能描述,技术参数定义,模块划阵列)和CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice,复杂可分及其功能描述(即方框图描述),通信协议,软硬件协同实现编程逻辑器件)是2种目前应用非常广泛的现场可编程逻辑方案,系统数据流、控制流(包括状态机)和存储方案,复位和器件,被称之为可编程ASIC(ApplicationSpecificIntegrated时钟方案(即同步方案),IP使用方案,测试方案(包括仿真时Circuits,专用集成电路)。2种器件的设计流

3、程基本相同(除了要用到的测试激励和在电路板上的测试方案),各模块的接口编程数据加载方式不完全相同外),以下都简称为FPGA。FP2信号定义(包括时序关系)及其连接,寄存器定义和FPGA引GA的设计可分为2个阶段:第一阶段是系统设计,是根据一脚信号定义等等,然后使用高级语言或者VHDL、Verilog_个开发项目的系统设计要求(功能、技术参数等),完成详细的HDL硬件描述语言进行算法行为描述和系统行为仿真,最后系统设计方案;第二阶段是设计实现,是以系统设计方案为完成系统设计方案。系统设计流程如图1所示。输入,进行一系列工作流程的处理,最后得到所需要的FPGA芯片。但在较多FPG

4、A设计流程的文章中,对系统设计的论述较少,对设计流程中的基本概念解释内容不多,本文试图在这方面作一些努力,并全面总结了FPGA设计的通用流程,谈了作者个人的一些经验。最后简单地介绍了FPGA常见的开发工具,并总结了可编程器件的基本特点。1FPGA的系统设计系统设计在整个设计中是非常关键的,它直接影响到后面的工作时间、质量和效率,同时也关系到最后产品的质量(包括实现的功能、稳定性,测试、使用、维护和升级是否方便等等)。系统设计的必要性表现在它不仅能够从整体上描述系统,而且还表现在它能够在设计前期阶段就能发现理论和设计原理上的错误和缺陷并进行设计方案的修改和优化,而系图1　系统设

5、计流程统仿真是一个有效的方法,它使系统设计从定性描述走向定由此可见,一个完整的系统设计方案不仅需要定性描述量描述,更具体、更详细、更容易发现细节问题和缺陷。如果不(即系统功能和模块功能描述、参数定义、方框图、模块划分和重视系统设计,必然要在调试阶段花费更多的时间,而且会对接口信号定义、时序图、可行性论证等),而且应该有定量描以后的工程应用、产品维护、市场拓展等方面付出代价,这是述,即含有详细的算法说明、系统行为描述代码和系统仿真结不可取的。此外,详细的系统设计方案会使得分配模块的设计果等。事实上,对一个简单的设计,系统方案只做到定性描述任务变得更容易和明确,便于项目开发的管理

6、。也可以,即不做系统行为描述与仿真,各模块内的算法可以由系统设计采用自顶向下的设计方法,根据系统的设计要承担该模块的设计者完成,模块设计可以直接从RTL级求,首先对系统的结构和功能进行定义,主要包括(对一个具①作者简介:程耀林,武汉市中南民族大学电信学院,硕士,讲师,湖北　430074·48·©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.netMicrocomputerApplicationsVol.23,No.1,2007　　　　技术交流　　

7、　　微型电脑应用2007年第23卷第1期(RegisterTransportLevel:寄存器传输级)开始,系统仿真直在实际情况中往往把算法级行为域描述或者RTL级行为域接从功能仿真开始,如图2所示。描述都称为行为级描述。对于FPGA的设计而言,我们不需要关心电路级和版图2FPGA的设计流程级,只考虑系统级、算法级、RTL级、门级4个层次的行为域描述和结构域描述即可。本文上述的FPGA系统设计中的系统FPGA设计流程包括系统设计和设计实现,系统方案完实际上是指系统级和算法级,而“RTL级描述”主要是指R