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�(xiàn)�(chǎng)可編程門陣列
閱讀�5718�(shí)間:2011-03-21 22:39:40

  �(xiàn)�(chǎng)可編程門陣列(field-programmable gate array,F(xiàn)PGA)是一種可編程邏輯器件,由成千上萬(wàn)�(gè)完全相同的可編程邏輯單元組成,周圍是輸入/輸出單元�(gòu)成的外設(shè)�它采用計(jì)算機(jī)輔助�(shè)�(jì)技�(shù)�(jìn)行器件的開發(fā)與設(shè)�(jì),其優(yōu)越性大大超�(guò)普通TTL集成門�制造完成后,F(xiàn)PGA可以在工作現(xiàn)�(chǎng)編程,以便實(shí)�(xiàn)特定的設(shè)�(jì)功能�

概述

  FPGA是上世紀(jì)80年代末開始使用的大規(guī)??删幊虜?shù)字集成電路器件。它是在PAL、GAL、PLD等可編程器件的基�(chǔ)上�(jìn)一步發(fā)展的�(chǎn)�。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出�(xiàn)的,既解決了定制電路的不�,又克服了原有可編程器件門電路�(shù)有限的缺�(diǎn)。它充分利用�(jì)算機(jī)輔助�(shè)�(jì)技�(shù)�(jìn)行器件的開發(fā)與應(yīng)�。用戶借助于計(jì)算機(jī)不僅能自行設(shè)�(jì)專用集成電路芯片,還可在�(jì)算機(jī)上�(jìn)行功能仿真和�(shí)�(shí)仿真,及�(shí)�(fā)�(xiàn)�(wèn)�,調(diào)整電�,改�(jìn)�(shè)�(jì)方案。這樣,設(shè)�(jì)者不必動(dòng)手搭接電路、調(diào)試驗(yàn)�,只須在�(jì)算機(jī)上操作很短的�(shí)�,即可設(shè)�(jì)出與�(shí)際系�(tǒng)相差�(wú)幾的理想電路。而且,F(xiàn)PGA器件采用�(biāo)�(zhǔn)化結(jié)�(gòu),體積小、集成度�、功耗低、速度�,可�(wú)限次反復(fù)編程,因此,成為科研�(chǎn)品開�(fā)及其小型化的器件,其�(yīng)用極為廣��
  目前FPGA的品種很�,有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列��
  FPGA是由存放在片�(nèi)RAM中的程序�(lái)�(shè)置其工作狀�(tài)�,因�,工作時(shí)需要對(duì)片內(nèi)的RAM�(jìn)行編�。用戶可以根�(jù)不同的配置模�,采用不同的編程方式�
  加電�(shí),F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)�(jù)讀入片�(nèi)編程RAM中,配置完成�,F(xiàn)PGA�(jìn)入工作狀�(tài)。掉電后,F(xiàn)PGA恢復(fù)成白�,內(nèi)部邏輯關(guān)系消�,因此,F(xiàn)PGA能夠反復(fù)使用。FPGA的編程無(wú)須專用的FPGA編程器,只須用通用的EPROM、PROM編程器即�。當(dāng)需要修改FPGA功能�(shí),只需換一片EPROM即可。這樣,同一片F(xiàn)PGA,不同的編程�(shù)�(jù),可以產(chǎn)生不同的電路功能。因�,F(xiàn)PGA的使用非常靈��
  FPGA有多種配置模式:并行主模式為一片F(xiàn)PGA加一片EPROM的方�;主從模式可以支持一片PROM編程多片F(xiàn)PGA;串行模式可以采用串行PROM編程FPGA;外�(shè)模式可以將FPGA作為微處理器的外�(shè),由微處理器�(duì)其編��

基本特點(diǎn)

  FPGA采用了邏輯單元陣列LCA(Logic Cell Array)這樣一�(gè)新概�,內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB(Configurable Logic Block�、輸出輸入模塊IOB(Input Output Block)和�(nèi)部連線(Interconnect)三�(gè)部分。FPGA的基本特�(diǎn)主要有:
  1)采用FPGA�(shè)�(jì)ASIC電路,用戶不需要投片生�(chǎn),就能得到合用的芯片� --2)FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣��
  3)FPGA�(nèi)部有豐富的觸�(fā)器和I/O引腳�
  4)FPGA是ASIC電路中設(shè)�(jì)周期最�、開�(fā)�(fèi)�、風(fēng)�(xiǎn)最小的器件之一�
  5) FPGA采用高速CHMOS工藝,功耗低,可以與CMOS、TTL電平兼容�
  可以�(shuō),F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成�、可靠性的選擇之一�
  

�(shè)�(jì)輸入、實(shí)�(xiàn)及驗(yàn)�

  �(shè)�(jì)輸入是將要實(shí)�(xiàn)的邏輯關(guān)系以開發(fā)系統(tǒng)所支持的方式輸入計(jì)算機(jī),這是�(shè)�(jì)FPGA的開�。有多種方法�(shí)�(xiàn)�(shè)�(jì)輸入,最常用的是原理圖編輯器。它允許�2種方式�(jìn)行設(shè)�(jì)輸入�
  1)圖形輸入這種輸入方式允許使用元件�(kù)中提供的各種常規(guī)門電路及邏輯部�(宏單�)�(shè)�(jì)電路,并以原理圖的方式輸��
  2)文本輸入這種輸入方式允許使用可編程邏輯設(shè)�(jì)�(yǔ)言,如VHDL,ABEL、CUPL�(yǔ)言等編寫輸入文�,也允許直接用布爾方程�(jìn)行輸��
  �(shè)�(jì)輸入的目的是要產(chǎn)生一�(gè)XNF(Xilinx Netlist Format)文件,這是�(shè)�(jì)�(shí)�(xiàn)和設(shè)�(jì)�(yàn)證的輸入文件。如果同�(shí)采用圖形輸入和文本輸�,則還需要�(jìn)行歸�(XNFMERGE)處理,以�(chǎn)生一�(gè)完整的XNF文件�
  �(shè)�(jì)�(shí)�(xiàn)是設(shè)�(jì)開發(fā)�(guò)程的核心,其主要任務(wù)是對(duì)歸并后的XNF文件�(jìn)行分割、布局和布�。分割是把XNF文件中的邏輯�(shè)�(jì)�(jīng)�(guò)化簡(jiǎn),分割成為以CLB及I/OB為基本單元的邏輯�(shè)�(jì)。布局是把分割后的邏輯�(shè)�(jì)分配到FPGA的相�(yīng)CLB及I/OB位置。布線是�(duì)已布局好的CLB,I/OB�(jìn)行連線。Xilinx開發(fā)軟件具有自動(dòng)布局、布線功能,它能在布局、布線過(guò)程中采用一系列�(yōu)化程序,找出布局、布線方�。設(shè)�(jì)�(shí)�(xiàn)的最終目的是�(chǎn)生符合設(shè)�(jì)要求的比特流文件。這是用來(lái)為FPGA芯片裝載的二�(jìn)制文��
  �(shè)�(jì)�(yàn)證主要是�(duì)電路�(jìn)行仿真測(cè)�。仿真測(cè)試包括功能仿真和�(shí)�(shí)仿真。功能仿真假�(shè)信號(hào)通過(guò)每�(gè)邏輯門�(chǎn)生同樣的延遲�(shí)�(0.1ns),而通過(guò)路徑?jīng)]有延�(shí)。這種仿真可測(cè)試系�(tǒng)功能是否滿足�(shè)�(jì)要求。實(shí)�(shí)仿真是在布局布線后�(jìn)�,它能按照所選器件的�(shí)際延遲時(shí)間�(jìn)行模�,主要用�(lái)�(yàn)證系�(tǒng)的時(shí)序關(guān)��
  �(shè)�(jì)輸入、設(shè)�(jì)�(shí)�(xiàn)和設(shè)�(jì)�(yàn)證三�(gè)部分交替�(jìn)�,得到完全滿足設(shè)�(jì)要求的二�(jìn)制文�。用該文件通過(guò)加載電纜或編程EPROM�(duì)FPGA加載,即可得到用戶需要的專用集成電路芯片�

技�(shù)的發(fā)展趨�(shì)

  隨著微電子技�(shù)、EDA技�(shù)、以及應(yīng)用系�(tǒng)需求的�(fā)展,F(xiàn)PGA正在逐漸成為�(shù)字系�(tǒng)開發(fā)的平�(tái),并將在以下方面繼續(xù)完善和提高:
  �1� 高集成度、大容量、低成本、低電壓、低功耗;
 ?�?� 資源多樣化;
 ?�?� 適用于片上系�(tǒng):處理器、高速串行I/O、DSP等等�
 ?�?� 深亞微米工藝的使�。目前基�90nm工藝的FPGA已經(jīng)商用,正在向65nm挺�(jìn)�
  �5� 各種軟硬IP�(kù)的發(fā)展和完善�
 ?�?� �(dòng)�(tài)可重�(gòu)技�(shù)�(shí)用化�

維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��

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