FPGA/EPLD的自上而下設(shè)計(jì)方法

FPGA/EPLD的自上而下(Top-Down)設(shè)計(jì)方法：

　　傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手段是采用原理圖輸入的方式進(jìn)行的，如圖1所示。通過(guò)調(diào)用FPGA/EPLD廠商所提供的相應(yīng)物理元件庫(kù)，在電路原理圖中繪制所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，然后通過(guò)網(wǎng)表轉(zhuǎn)換產(chǎn)生某一特定FPGA/EPLD廠商布局布線器所需網(wǎng)表，通過(guò)布局布線，完成設(shè)計(jì)。原理圖繪制完成后可采用門(mén)級(jí)仿真器進(jìn)行功能驗(yàn)證。

　　圖1:傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手段與Top-Down設(shè)計(jì)工具的比較

　　然而，工程師的最初設(shè)計(jì)思想不是一開(kāi)始就考慮采用某一FPGA/EPLD廠商的某一特定型號(hào)器件，而是從功能描述開(kāi)始的。設(shè)計(jì)工程師首先要考慮規(guī)劃出能完成某一具體功能、滿足自己產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的某一功能模塊，利用某種方式(如HDL硬件描述語(yǔ)言)把功能描述出來(lái)，通過(guò)功能仿真(HDL仿真器)以驗(yàn)證設(shè)計(jì)思路的正確性。當(dāng)所設(shè)計(jì)功能滿足需要時(shí)，再考慮以何種方式(即邏輯綜合過(guò)程)完成所需要的設(shè)計(jì)，并能直接使用功能定義的描述。實(shí)際上這就是自頂而下設(shè)計(jì)方法。

　　與傳統(tǒng)電原理圖輸入設(shè)計(jì)方法相比，Top-Down設(shè)計(jì)方法具體有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1、完全符合設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思路，從功能描述開(kāi)始，到物理實(shí)現(xiàn)的完成。

　　2、功能設(shè)計(jì)可完全獨(dú)立于物理實(shí)現(xiàn)

　　在采用傳統(tǒng)的電原理輸入方法時(shí)，F(xiàn)PGA/EPLD器件的采用受到器件庫(kù)的制約。由于不同廠商FPGA/EPLD的結(jié)構(gòu)完全不同，甚至同一廠商不同系列的產(chǎn)品也存在結(jié)構(gòu)上的差別，因此，在設(shè)計(jì)一開(kāi)始，工程師的設(shè)計(jì)思路就受到最終所采用器件的約束，大大限制了設(shè)計(jì)師的思路和器件選擇的靈活性。而采用Top-Down設(shè)計(jì)方法，功能輸入采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的HDL輸入方法，HDL可不含有任何器件的物理信息，因此工程師可以有更多的空間去集中精力進(jìn)行功能描述，設(shè)計(jì)師可以在設(shè)計(jì)過(guò)程的最后階段任意選擇或更改物理器件。

　　3、設(shè)計(jì)可再利用

　　設(shè)計(jì)結(jié)果完全可以以一種知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP-Intellectual Property)的方式作為設(shè)計(jì)師或設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)成果，應(yīng)用于不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，做到成果的再利用。

　　4、易于設(shè)計(jì)的更改

　　設(shè)計(jì)工程師可在極短的時(shí)間內(nèi)修改設(shè)計(jì)，對(duì)各種FPGA/EPLD結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)結(jié)果規(guī)模(門(mén)消耗)和速度(時(shí)序)的比較，選擇最優(yōu)方案。

　　5、設(shè)計(jì)、處理大規(guī)模、復(fù)雜電路

　　目前的FPGA/EPLD器件正向高集成度、深亞微米工藝發(fā)展。為設(shè)計(jì)系統(tǒng)的小型化，低功耗、高可靠性等提供了集成的手段。設(shè)計(jì)低于一萬(wàn)門(mén)左右的電路，Top-Down設(shè)計(jì)方法具有很大的幫助，而設(shè)計(jì)更大規(guī)模的電路，Top-Down設(shè)計(jì)方法則是必不可少的手段。

　　6、設(shè)計(jì)周期縮短，生產(chǎn)率大大提高，產(chǎn)品上市時(shí)間提前，性能明顯提高，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力加強(qiáng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用Top-Down設(shè)計(jì)方法的生產(chǎn)率可達(dá)到傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的2到4倍。

　　Top-Down設(shè)計(jì)流程如圖2所示，其核心是采用HDL語(yǔ)言進(jìn)行功能描述，由邏輯綜合(Logic Synthesis)把行為(功能)描述轉(zhuǎn)換成某一特定FPGA/EPLD的工藝網(wǎng)表，送到廠商的布局布線器完成物理實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié)，仿真器的功能驗(yàn)證和門(mén)級(jí)仿真技術(shù)保證設(shè)計(jì)功能和時(shí)序的正確性。

　　FPGA/EPLD To p-Down 設(shè)計(jì)工具的黃金組合

　　Mentor Graphics公司提供一整套基于UNIX平臺(tái)和Windows 95/NT 平臺(tái)的FPGA/EPLD Top-Down設(shè)計(jì)工具:Renoir/ModelSim 和Exemplar，如圖2所示。兩種平臺(tái)的工具具有相同的用戶界面，并保證數(shù)據(jù)庫(kù)的完全統(tǒng)一。目前，在FPGA/EPLD Top-Down設(shè)計(jì)方法全球市場(chǎng)上，Mentor已擁有42%的市場(chǎng)份額，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他任何一個(gè)廠家。

　　采用Top-Down設(shè)計(jì)方法進(jìn)行FPGA/EPLD設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)結(jié)果的優(yōu)劣與否取決于三個(gè)重要的因素:描述手段(即HDL語(yǔ)言)、設(shè)計(jì)方法(Style)和設(shè)計(jì)工具。描述手段是基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)方法需要工程經(jīng)驗(yàn)，而設(shè)計(jì)工具則是Top-Down設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。一套完整、強(qiáng)大、性能卓越的設(shè)計(jì)工具，可幫助設(shè)計(jì)工工程師最大限度的發(fā)揮其設(shè)計(jì)能力。