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FPGA 開發是定制設計 FPGA 并開發具有所需功能的 IC 的過程。
FPGA是“Field Programmable Gate Array"的縮寫,是一種可以在開發現場對功能進行編程的集成電路。 FPGA 具有大量的電路,例如運算單元、存儲器、寄存器和簡單的邏輯電路。
如果不做任何修改,它只是一個沒有任何功能的電路陣列,但是通過組合內部電路并設計邏輯電路,開發人員可以自由地添加他們想要的功能。
與 FPGA 類似,也有ASIC(專用集成電路)可以根據用戶的意愿進行定制,但這些定制功能是在 IC 制造之前設計的。不僅設計和開發需要時間,而且產品一旦制成,就不可能在現場隨意改變其功能。
FPGA 開發用例
FPGA 開發對于電子設備和電路板(包括 IC)的開發至關重要。我們在通信、汽車、醫療設備、消費設備等所有領域的電子設備開發領域開發FPGA。
能夠將必要的功能編程到FPGA中,在電子設備上實際測試并反饋結果,這是FPGA開發的一個優勢。開發時間比 ASIC 設計更短,更容易返工和調整。
另一個缺點是生產成本比ASIC更高,因此一直有在開發階段使用FPGA,然后在設計完成后將ASIC安裝到最終產品上的趨勢。然而,隨著近年來半導體制造技術的進步,FPGA的集成度越來越高,成本越來越低,并且FPGA在最終產品中的應用案例也在不斷增加。
FPGA開發原理
FPGA開發流程與ASIC等其他IC開發流程基本相同。在ASIC開發中,制造部門負責原型制作過程,而在FPGA開發中,FPGA開發人員還進行在實際芯片上實現程序的過程,這對應于ASIC原型。
FPGA開發流程包括以下步驟。
1、規格確定
我們編制“規范",例如FPGA要實現的功能、與包含FPGA的系統上其他部分的接口、時序約束等,并修剪符合規范的FPGA。
2、邏輯電路設計
邏輯行為是使用VHDL和Verilog-HDL等硬件描述語言來描述的。
3. 功能驗證
進行功能仿真以確保邏輯電路的正確運行。
4. 編譯
根據HDL描述生成FPGA上由門組成的邏輯公式,然后優化邏輯公式并生成網表。之后,將各個電路放置在實際的FPGA上,并確定電路之間的布線。這一系列的步驟稱為編譯。
5. 時序驗證
根據布局和布線信息模擬物理延遲時間,并確認滿足時序約束。
6. 下載
將生成的電路數據下載到FPGA。通過這個過程,原本只是一個門陣列的FPGA變成了開發者想要的電路。
7. FPGA運行驗證
操作FPGA并確認不存在功能缺陷或性能不足。運行驗證有兩種方法:將FPGA安裝在評估板上并運行評估模擬,以及將FPGA實際安裝在系統中并運行的實際驗證。由于實際器件驗證所需的驗證時間較短,適合大門規模的FPGA。