关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 发挥FPGA设计的无限潜力.pdf

发挥FPGA设计的无限潜力.pdf

发挥FPGA设计的无限潜力.pdf

上传者: xl46512 2012-05-08 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《发挥FPGA设计的无限潜力pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含解决方案SOLUTION元器件技术尽管FPGA为嵌入式设计带来了强大的功能与灵活性但额外的开发流程也给设计工作增加了新的复杂性和限制问题。整合传统的符等。

解决方案SOLUTION元器件技术尽管FPGA为嵌入式设计带来了强大的功能与灵活性但额外的开发流程也给设计工作增加了新的复杂性和限制问题。整合传统的硬件FPGA软件设计流程并充分利用FPGA的可再编程功能是我们的一个解决之道。随着FPGA技术逐步延伸至军事电子系统以及嵌入式电子产业的几乎全部领域能发挥可编程逻辑优势的应用已经占据主流地位。通信、机载和控制系统尤其受益于FPGA的设计灵活性、现场重构和并行处理功能。同时较短的设计周期和更加简化的验证过程则有助于加快应用投入现场的进程。尽管FPGA无所不在但能真正全面发挥FPGA灵活设计潜力的应用却很少。之所以存在这种局限性原因在于FPGA开发很大程度上只是简单地叠加或者最多也只是连接于传统的软硬件工作流程上。这个孤立的FPGA开发阶段会导致整个设计流程的复杂性大幅上升并最终限制软硬件领域可用的设计选择范围。为了简化整体设计工作并丰富设计选项硬件设计、软件开发和可编程硬件设计等独立的设计过程需集成在一起以作为一个整体的任务进行处理。只有在基础层面上让所有设计进程都能共享统一的设计数据库和通用的设计环境FPGA的可再编程性这一最主要的独特优势才能得到充分发挥从而将发挥FPGA设计的无限潜力AltiumLimited技术编辑RobEvansFPGA设计推向前所未有的水平。全面发挥FPGA灵活性优势的关键在于了解其发展趋势及所面临的设计挑战并掌握如何让包含FPGA系统中的三大设计方面(硬件、可编程硬件和软件)实现协调整合。FPGA从胶合逻辑向SoC方向发展FPGA刚进入嵌入式市场领域时被认为是用于实施大量简单胶合逻辑的方便而有效的替代技术。在这种应用中嵌入式硬件是主要软硬件设计的附属部分其开发过程不涉及其他组件的设计流程也不需要与这些流程进行交互。不过现在的FPGA器件及其使用方式已经在海量数字逻辑便捷容器概念的基础上发生了重大变化。大容量FPGA现在能承载整个SoC设计其中处理器、内存以及高速数据处理等核心功能元素都在可编程领域实施。在军用嵌入式系统中由于受产量相对较低的影响很难采用ASIC设计方案而FPGA则为充分发挥SoC设计方案的物理简单性和可靠性等优势提供了一条经济高效的可行之道。相对于简单的胶合逻辑设计而言SoC实施的一个重大不同点在于软硬件开发现在基本上都是关联于、且依赖于FPGA设计。这是因为FPGA器件和支持外设是物理设计的中心与核心元素而嵌入式应用软件也要装载在FPGA上发挥作用。因此FPGA域的任何更改都会对软硬件域造成显著影响。受限制的创新如果将硬件、软件乃至当前的嵌入式硬件等设计的各个部分视作是彼此分开、互不关联的任务则无论设计域之间如何相互依存FPGA产品设计的常规开发流程采用的仍然是传统方案。某个设计域的变动往往会对其他域造成具有破坏性影响且耗时巨大的重新设计。也就是说必须在设计阶段早解决方案SOLUTION嵌入式技术期就做出(并且锁定)软硬件分区等重大决策这与传统的非FPGA嵌入式设计别无二致。实际上FPGA器件和外设硬件等物理硬件和随后的可编程硬件元素在有意义的软件开发之前都被依次一一锁定了。这些最初的决策决定了后续开发流程的参数和限制因此设计的可选项会随着流程的逐步推进而越来越少。例如选定的FPGA器件(和硬件外设)将定义包括确定采用哪种嵌入式IP等在内的性能上限嵌入式硬件设计进而定义软件可用的功能。或者说FPGA器件只能支持该器件厂商提供的软处理器这进而也定义了应用软件可用的编程选择。此外要想微调设计方案的性能比如将软件算法转移到嵌入式硬件中、或者从嵌入式处理器转为硬连接的处理器、抑或是选择不同的FPGA类型等都会导致对硬件、可编程硬件和软件等所有域进行大规模重新设计。对开发时间紧迫的军事/航空系统而言这种重新设计对设计周期造成的中断影响极大因此大多数工程师都会全力避免这种设计风险的发生。不过高性能和设计稳定性同样至关重要因此检查处理器选项并充分利用软算法的优势来替代硬算法也是必不可少的。重建一体化如前所述简单地在现有的设计工作流程中添加FPGA开发流程难以充分发挥FPGA的全部优势。对于需要降低NRE成本、加快设计速度的应用而言传统设计方法所带来的局限性会抵消这种优势而这正是FPGA应当发挥最大作用的地方。恢复设计选择和全面发挥FPGA优势的第一步就是让硬件设计、软件开发和可编程硬件设计等统一起来。通过使用来自整体设计统一数据模型中的一体化设计系统和应用设计域可随各域中设计的变化而实现交互和及时响应。在实践中各个域采用的都是同一设计和组件库数据中的子集。由于更改可以方便地(甚至是自动地)反映在所有设计领域中因而可以显著简化设计更改如在软件与硬件之间进行功能转移或探索其他器件等。例如在统一设计数据池中针对选定FPGA器件的设计数据和配置文件可同时适用于硬件和FPGA设计领域。如果FPGA器件或其引脚配置在FPGA设计阶段进行了更改该信息会立即用于硬件设计的实施。这样我们探索不同设计选择就能变得更加有效而且硬件和FPGA设计域之间的引脚交换等高级设计功能也得以简化。充分利用可再编程性在这种一体化的设计环境中开发人员终于能够充分发挥FPGA的灵活性了。例如在典型的环境中物理硬件组件的大多数实际放置位置会造成FPGA与外设的连接极为复杂而这一方面也是高密度BGA封装造成的问题。解决方法之一就是在FPGA内部来解决部件之间布线的复杂性通过FPGA可重新配置的引脚和内部布线功能来实现板上连接线路的战略安排。我们在这里用FPGA的引脚再分配和内部布线功能解决板上布线难题还有可能减少板上空间占用和层数要求。这一理念同样依赖于平台级的软硬件与FPGA开发环境只有这样才能支持硬件与FPGA域之间的智能和自动引脚交换。此外这种一体化设计方案还将实施可提升设计流程抽象程度的全局软件系统变成了一种可能如可采用图表或图形化嵌入式设计方法实现软硬件域的同步。由于数据已经作为贯穿于一体化设计环境所有域的统一实体而存在所以与采用一系列独立工具的系统不同的是单个域中较高级的设计抽象不会增加设计数据流的复杂性。这种设计抽象的自然延伸的目的是实施软件元素与其所依附硬件能有效分离的高级嵌入式层。这些插入的层实现了处理器与其他硬件(如内存和外设)之间接口的标准化因而无需再考虑IO配置和总线系统的底层硬件复杂性问题。无论是进行传统设计更新、不同产品模式配置、现有IP重用还是执行生产后期升级FPGA设计的再配置都将成为一个更简单、更低风险的过程。在实践中采用Wishbone总线架构、基于库的FPGA内核可同时支持处理器和外设。通过有效“包裹”器件使其在架构上等同于其他处理器该内核可以提取处理器接口从而能够根据需要修改处理器而不会影响与其相连的外设或者造成设计方案的被迫大幅修改。除了基于FPGA的“软”器件之外上述理念还可扩展适用于混合型硬内核处理器、外部处理器以及片外独立外设和存储器器件。新一代FPGA设计本文介绍的一体化高级设计方法是通过发挥FPGA主机的可再编程功能实现的。所有应用的层和接口以及功能设计本身都自动包含在FPGA系统中。因此与适用于“固定”ASIC类SoC设计的传统流程不同功能相当的高级FPGA能在不严重影响设计方案其他部分的情况下动态探索不同的硬件设计选择。发挥FPGA设计的无限潜力作者:RobEvans作者单位:AltiumLimited刊名:电子元器件资讯英文刊名:ECDN年卷(期):()被引用次数:次本文链接:http:dgwanfangdatacomcnPeriodicaldzyqjzxaspx授权使用:青岛理工大学(qdlgdx)授权号:dcaadbbeffc下载时间:年月日

用户评论(0)

0/200

精彩专题

上传我的资料

每篇奖励 +2积分

资料评价:

/3
2下载券 下载 加入VIP, 送下载券

意见
反馈

立即扫码关注

爱问共享资料微信公众号

返回
顶部