從硬件角度討論FPGA開(kāi)發(fā)框架

　　FPGA采用了邏輯單元陣列概念，內部包括可配置邏輯模塊、輸出輸入模塊和內部連線(xiàn)三個(gè)部分。每一塊FPGA芯片都是由有限多個(gè)帶有可編程連接的預定義源組成來(lái)實(shí)現一種可重構數字電路。

　　長(cháng)久以來(lái)新型FPGA的功能和性能已經(jīng)為它們贏(yíng)得系統中的核心位置，成為許多產(chǎn)品的主要數據處理引擎。

　　鑒于FPGA在如此多應用中的重要地位，采取正式且注重方法的開(kāi)發(fā)流程來(lái)處理FPGA設計比以往更加重要。該流程旨在避免開(kāi)發(fā)周期后期因發(fā)現設計缺陷而不得不進(jìn)行費時(shí)費錢(qián)的設計修改，而且該缺陷還可能對項目進(jìn)度計劃、成本和質(zhì)量造成災難性影響。

　　本文所介紹的的框架覆蓋從系統架構考量到FPGA開(kāi)發(fā)與測試規劃等各個(gè)環(huán)節。我們從FPGA硬件的角度重點(diǎn)詳細介紹該框架，通過(guò)介紹希望其他工程團隊能夠發(fā)現該框架在復雜的FPGA設計項目里面的優(yōu)點(diǎn)。

　　該框架是一種在FPGA中設計硬件的自上而下的迭代設計方法。首先規劃從系統架構層面出發(fā)決策FPGA功能。隨后我們根據FPGA器件的已知功能和性能逐步優(yōu)化FPGA設計的特性。

　　另外，大型FPGA設計的實(shí)現需要制定完備的開(kāi)發(fā)、仿真和驗證規劃。該框架的作用就是幫助我們制定這些規劃。簡(jiǎn)而言之，該框架可歸納為圖1所示的流程圖。本文的討論將集中在規劃和技術(shù)文檔部分(頂部)。

　　系統架構

　　就本討論范圍而言，系統架構指在系統軟件和硬件之間的功能劃分。尤其，重點(diǎn)是將硬件功能細分到FPGA以及其它微芯片組件上(假設已經(jīng)明確產(chǎn)品層面需求)，例如市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)或產(chǎn)品定義部門(mén)可能已經(jīng)參與進(jìn)來(lái)并明確產(chǎn)品需求。

　　在系統架構階段，思路是如何明確地讓這些產(chǎn)品需求在真實(shí)產(chǎn)品中得以實(shí)現。就FPGA來(lái)說(shuō)，主要的決策圍繞著(zhù)應將哪些特性和功能在FPGA中實(shí)現，以及進(jìn)一步，哪些特性和功能適合在FPGA中實(shí)現。

　　通過(guò)提前定義FPGA的高級要求，就能避免開(kāi)發(fā)流程已接近尾聲時(shí)進(jìn)行成本不菲的設計及需求修改。在設計早期階段明確系統架構有助于指導用戶(hù)做出對開(kāi)發(fā)時(shí)間和產(chǎn)品成本至關(guān)重要的多項重大決策。

　　在這個(gè)層面上探討，只需要一般性地概略介紹FPGA特性。詳細特性和實(shí)現需求將在FPGA需求定義過(guò)程的后續階段進(jìn)行定義。本次探討的參與者應包括熟悉系統級要求的、了解系統級架構設計的，以及熟悉FPGA特性與功能的等不同人員。

　　具體就FPGA而言，需要回答十大問(wèn)題：

　　1.要在FPGA中實(shí)現的特性列表是什么樣的?

　　2.在FPGA中實(shí)現特性與使用非FPGA組件實(shí)現特性相比，需在技術(shù)上做怎樣的權衡取舍?

　　3.在FPGA中實(shí)現與使用非FPGA組件實(shí)現相比，設計工作量/成本分別如何?

　　4.需要什么樣的定制特性或處理?

　　5. FPGA的靈活性對功能有什么好處?

　　6.您應該考慮的未來(lái)風(fēng)險緩解措施是什么?

　　7.能否把多個(gè)非FPGA組件的特性集中到FPGA中?

　　8.根據準備實(shí)現的設計特性，如何選擇FPGA器件?

　　9.特性是否能在FPGA中實(shí)現?

　　10.需要什么樣的非FPGA器件，如何讓這些非FPGA器件與FPGA接口相連?

　　FPGA架構

　　FPGA架構屬于FPGA器件上物理層的微架構級和芯片級數據流設計。您的團隊應與系統級架構同步設計該架構，以確定器件尺寸、選擇器件和可行性。

　　定義FPGA架構的目的，是確保系統架構需求是準確、現實(shí)、切實(shí)可行的設計要求，能夠在FPGA中實(shí)現。

　　圖1 - FPGA開(kāi)發(fā)框架