積體電路技術和計算機技術的蓬勃發展,讓電子產品設計有了更好的應用市場,實現方法也有了更多的選擇。傳統電子產品設計方案是一種基於電路板的設計方法,該方法需要選用大量的固定功能器件,然後通過這些器件的配合設計從而類比電子產品的功能,其工作集中在器件的選用及電路板的設計上。
隨著計算機價效比的提高及可程式邏輯器件的出現,對傳統的數字電子系統設計方法進行了解放性的革命,現代電子系統設計方法是設計師自己設計晶片來實現電子系統的功能,將傳統的韌體選用及電路板設計工作放在晶片設計中進行。從20世紀90年代初開始,電子產品設計系統日趨數字化、複雜化和大規模整合化,各種電子系統的`設計軟體應運而生。
在這些專業化軟體中,EDA(Electronic Design Automation)具有一定的代表性,EDA技術是一種基於晶片的現代電子系統設計方法。它的優勢主要集中在能用HDL語言進行輸入、進行PLD(可程式器件)的設計與模擬等系統設計自動化上;20世紀90年末,可程式器件又出現了模擬可程式器件,由於受技術、可操作性及價效比的影響,今後EDA技術會向模擬可程式器件的設計與模擬方向發展,並佔據市場的一定份額。
EDA技術主要包括大規模可程式邏輯器件、硬體描述語言、開發軟體工具及實驗開發系統4個方面。其中,大規模可程式邏輯器件是利用EDA技術進行電子系統設計的載體硬體,描述語言是利用EDA技術進行電子系統設計的主要表達手段,開發軟體工具是利用EDA技術進行電子系統設計的智慧化與自動化設計工具,實驗開發系統則是提供晶片下載電路及EDA實驗、開發的外圍資源。
FPGA結構概述
現場可程式門陣列FPGA作為整合度和複雜程度最高的可程式ASIC。是ASIC的一種新型門類,它建立在創新的發明構思和先進的EDA技術之上。運算器、乘法器、數字濾波器、二維卷積器等具有複雜演算法的邏輯單元和訊號處理單元的邏輯設計都可選用FPGA實現。以Xilinx的FPGA器件為例,它的結構可以分為3個部分:可程式邏輯塊CLB(Configurable Logic Blocks)、可程式I/O模組IOB(Input/Output Block)和可程式內部連線PI (Programmable Interconnect)。CLB在器件中排列為陣列,周圍環形內部連線,IOB分佈在四周的管腳上。Xilinx的CLB功能很強,不僅能夠實現邏輯函式,還可以配置成RAM等複雜的形式。
現場可程式門陣列FPGA是含有大規模數位電路的通用性器件。這些數位電路之間的網際網路絡是由使用者使用更高階的軟體來定義的。FPGA可以進行無限次的重複程式設計,從一個電路到另一個電路的變化是通過簡單的解除安裝互聯檔案來實現的,極大地推動了複雜數位電路的設計,縮短了故障檢查的時間。
傳統的數字邏輯設計使用TTL電平和小規模的數字積體電路來完成邏輯電路圖。使用這些標準的邏輯器件已經被證實是最便宜的手段,但是要求做一些佈線和複雜的電路整合板(焊接除錯)等工作,如果出現錯誤,改動起來特別麻煩。因此,採用傳統電子設計方案人員的很大一部分工作主要集中在裝置器件之間物理連線、除錯以及故障解決方面。正是因為FPGA的EDA技術使用了更高階的計算機語言,電路的生成基本上是由計算機來完成,將使使用者能較快地完成更復雜的數位電路設計,由於沒有器件之間的物理連線,因此除錯及故障排除更迅速、有效。
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