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FPGA四大设计要点解析及应用方案集锦

发布时间:2020-07-21 18:05:29 阅读: 来源:镀锌带钢厂家

本文叙述概括了FPGA应用设计中的要点,包括,时钟树、FSM、latch、逻辑仿真四个部分。

本文引用地址:的用处比我们平时想象的用处更广泛,原因在于其中集成的模块种类更多,而不仅仅是原来的简单逻辑单元(LE)。早期的FPGA相对比较简单,所有的功能单元仅仅由管脚、内部buffer、LE、RAM构建而成,LE由LUT(查找表)和D触发器构成,RAM也往往容量非常小。现在的FPGA不仅包含以前的LE,RAM也更大更快更灵活,管教IOB也更加的复杂,支持的IO类型也更多,而且内部还集成了一些特殊功能单元,包括:

DSP:实际上就是乘加器,FPGA内部可以集成多个乘加器,而一般的DSP芯片往往每个core只有一个。换言之,FPGA可以更容易实现多个DSP core功能。在某些需要大量乘加计算的场合,往往多个乘加器并行工作的速度可以远远超过一个高速乘加器。

SERDES:高速串行接口。将来PCI-E、XAUI、HT、S-ATA等高速串行接口会越来越多。有了SERDES模块,FPGA可以很容易将这些高速串行接口集成进来,无需再购买专门的接口芯片。

CPU core:分为2种,软core和硬core。软core是用逻辑代码写的CPU模块,可以在任何资源足够的FPGA中实现,使用非常灵活。而且在大容量的FPGA中还可以集成多个软core,实现多核并行处理。硬core是在特定的FPGA内部做好的CPU core,优点是速度快、性能好,缺点是不够灵活。

不过,FPGA还是有缺点。对于某些高主频的应用,FPGA就无能为力了。现在虽然理论上FPGA可以支持的500MHz,但在实际设计中,往往200MHz以上工作频率就很难实现了。

FPGA设计要点之一:时钟树

对于FPGA来说,要尽可能避免异步设计,尽可能采用同步设计。同步设计的第一个关键,也是关键中的关键,就是时钟树。一个糟糕的时钟树,对FPGA设计来说,是一场无法弥补的灾难,是一个没有打好地基的大楼,崩溃是必然的。

具体一些的设计细则:

1)尽可能采用单一时钟;

2)如果有多个时钟域,一定要仔细划分,千万小心;

3)跨时钟域的信号一定要做同步处理。对于控制信号,可以采用双采样;对于数据信号,可以采用异步fifo。需要注意的是,异步fifo不是万能的,一个异步fifo也只能解决一定范围内的频差问题。

4)尽可能将FPGA内部的PLL、DLL利用起来,这会给你的设计带来大量的好处。

5)对于特殊的IO接口,需要仔细计算Tsu、Tco、Th,并利用PLL、DLL、DDIO、管脚可设置的delay等多种工具来实现。简单对管脚进行Tsu、Tco、Th的约束往往是不行的。

可能说的不是很确切。这里的时钟树实际上泛指时钟方案,主要是时钟域和PLL等的规划,一般情况下不牵扯到走线时延的详细计算(一般都走全局时钟网络和局部时钟网络,时延固定),和ASIC中的时钟树不一样。对于ASIC,就必须对时钟网络的设计、布线、时延计算进行仔细的分析计算才行。

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