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1、山西电子技术综述2008年第5期FPGA技术及其开发方式概述张小新魏厚龙(哈尔滨理工大学电气学院,黑龙江哈尔滨150040)摘要:首先介绍了FPGA技术,并与DSP技术做了横向比较;然后结合Xilinx公司生成的FPGA使用现状说明了三种开发方式,讨论了它们的优缺点,最后,阐述了FPGA技术的发展趋势。关键词:FPGA;FPGA开发;IP核;SystemGeneraotr;SOPC中图分类号:TN702文献标识码:AFPGA略低,部分芯片大批量价格仅4美元。而TI公司的0引言C64x系列和AD公司的Blackf
2、in系列处理器,其价格一般都FPGA(FieldProgrammableGateArray)是一类高度集成在5到30美元之间。的可编程逻辑器件,它起源于美国的XILINX公司,该公司于1985年推出了世界上第一块FPGA芯片。在这二十多年的发展过程中,FPGA的硬件体系结构和软件开发工具都在不断地完善且日趋成熟。从最初的1200个可用门,到20世纪90年代时及十万个可用门,到目前数百万至上千万门的单片FPGA芯片,XILINX、Altera等世界FPGA顶级厂商已经将FPGA器件的集成度提高到一个新的水平。FP
3、GA技术结合了微电子技术、电路技术、EDA技术,使设计者可以集中精力进行所需要逻辑功能的设计。与专用集成电路A2SIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)相比,FPGA具有灵活性高、设计周期短、成本低、风险小等优势,因而得到了图1FPGA芯片的内部结构广泛应用,同时和FPGA相关的各项技术也迅速发展起来。新的趋势已经很明朗:新的FPGA已经能够以高价格来FPGA是现场可编程门阵列的简称。之所以赋予这个和主流的DSP竞争。此外,FPGA的计算能力比DSP的性名字,一方面是因
4、为FPGA可以用编写代码的方法实现复杂能更加强大。例如,30美元的Spartan23AFPGA性能可高达逻辑电路,另一方面是因为其内部是由规则的逻辑阵列所组每秒200亿条乘法累加操作(GMACs),同样花30美元买一成的,非常类似一个由逻辑门构成的阵列,而且这种结构很个600MHz的C64xDSP,每秒的累加操作仅仅是25亿条,后适合实现复杂设计并可重复编程。者在性能上差距了一个数量级。目前主流的FPGA是基于查找表(LookUpTable,LUT)技术的,已经远远超出了先前版本的基本性能,并且2FPGA设计流
5、程整合了常用功能(如RAM、时钟管理和DSP)的硬(ASIC型)FPGA的设计流程就是利用EDA开发软件和编程工具块。如图1所示,FPGA芯片主要由7部分组成,分别为:可对FPGA芯片进行开发的过程。FPGA的开发流程一般如图编程输入/输出单元(IOB)、可配置逻辑块(CLB)、数字时钟2所示,图2为FPGA的一般开发流程。包括以下主要步骤:管理模块、嵌入式块RAM、丰富的布线资源、底层内嵌功能单元和内嵌专用硬核。1FPGA与数字信号处理器(DSP)的比较DSP从根本上讲是适合串行算法的,多处理器系统是很昂贵而
6、且只适合粗粒度的并行运算;FPGA可以在片内实现细粒度,高度并行的运算结构。FPGA和DSP两者各有所长。实现时,一般的配合是DSP做主处理器,利用FPGA的高度并行度和可重配置做FFT、FIR等协处理器。传统的观点认为FPGA用来创建原型比较好,但是用于图2FPGA开发的一般流程大规模的数字系统开发就过于昂贵而且功耗过大。目前,这电路设计:在系统设计之前,首先要进行的是方案论证、一不足已有了明显改善,FPGA在成本和功耗上已经超越了系统设计和FPGA芯片选择等准备工作。DSP。例如,Xilinx公司2007年
7、发布的Spartan23AFPGA系设计输入:设计输入是将所设计的系统或电路以开发软列,它移入了高端Virtex25系列的DSP性能,而卖价最高才件要求的某种形式表示出来,并输入给EDA工具的过程。30美元;Altera公司的Cyclone3系列的性能比Spartan23A功能仿真:是在编译之前对用户所设计的电路进行逻辑收稿日期:2008-06-24第一作者张小新女25岁硕士研究生第5期张小新,等:FPGA技术及其开发方式概述87验证和功能验证,此时的仿真没有延迟信息,仅对初步的功相当了解并用代码实现;必须熟悉
8、综合工具以获得优化的结能进行检测。果;必须是FPGA方面的专家,熟悉芯片结构。综合:所谓综合就是将较高级抽象层次的描述转换成较3.2调用IP核低层次的描述。综合优化根据目标与要求优化所生成的逻辑IP核,也称虚拟元件或宏单元。其英文全称为Intellec2连接,使层次设计平面化,供FPGA布局布线软件进行实现。tual2PropertyCore,即知识产权产品。IP核用于将集成电路综合后
