好文：通俗易懂講解FPGA，F(xiàn)PGA芯片設(shè)計(jì)詳細(xì)解讀!

一直以來(lái)，FPGA都是大家的關(guān)注焦點(diǎn)之一。因此針對(duì)大家的興趣點(diǎn)所在，小編將為大家?guī)?lái)FPGA、FPGA芯片設(shè)計(jì)的相關(guān)介紹，詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)看下文。

一、FPGA引言

在最高層面上，F(xiàn)PGA是可重新編程的硅芯片。使用預(yù)建的邏輯塊和可重新編程布線資源，用戶無(wú)需再使用電路試驗(yàn)板或烙鐵，就能配置這些芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)自定義硬件功能。用戶在軟件中開發(fā)數(shù)字計(jì)算任務(wù)，并將它們編譯成配置文件或比特流，其中包含元器件相互連接的信息。此外，F(xiàn)PGA可完全可重配置，當(dāng)用戶在重新編譯不同的電路配置時(shí)，能夠當(dāng)即呈現(xiàn)全新的特性。過(guò)去，只有熟知數(shù)字硬件設(shè)計(jì)的工程師懂得使用FPGA技術(shù)。 然而，高層次設(shè)計(jì)工具的興起正在改變FPGA編程的方式，其中的新興技術(shù)能夠?qū)D形化程序框圖、甚至是C代碼轉(zhuǎn)換成數(shù)字硬件電路。

各行各業(yè)紛紛采用FPGA芯片是源于FPGA融合了ASIC和基于處理器的系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)。 FPGA能夠提供硬件定時(shí)的速度和穩(wěn)定性，且無(wú)需類似自定制ASIC設(shè)計(jì)的巨額前期費(fèi)用的大規(guī)模投入?？芍匦戮幊痰墓栊酒撵`活性與在基于處理器的系統(tǒng)上運(yùn)行的軟件相當(dāng)，但它并不受可用處理器內(nèi)核數(shù)量的限制。與處理器不同的是，F(xiàn)PGA屬于真正的并行實(shí)行，因此不同的處理操作無(wú)需競(jìng)爭(zhēng)相同的資源。每個(gè)獨(dú)立的處理任務(wù)都配有專用的芯片部分，能在不受其它邏輯塊的影響下自主運(yùn)作。因此，添加更多處理任務(wù)時(shí)，其它應(yīng)用性能也不會(huì)受到影響。

二、FPGA芯片設(shè)計(jì)

相比于其他種類的芯片設(shè)計(jì)，關(guān)于 FPGA芯片通常需要設(shè)置較高門檻并且擬定嚴(yán)格性較強(qiáng)的基本設(shè)計(jì)流程。具體在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合 FPGA 的有關(guān)原理圖，據(jù)此實(shí)現(xiàn)了規(guī)模較大的專門芯片設(shè)計(jì)。通過(guò)運(yùn)用Matlab以及C語(yǔ)言的特殊設(shè)計(jì)算法，應(yīng)當(dāng)可以實(shí)現(xiàn)全方位的順利轉(zhuǎn)化，從而確保其符合當(dāng)前的主流芯片設(shè)計(jì)思路。在此前提下，如果選擇了上述設(shè)計(jì)思路那么通常需要著眼于有序整合各類元器件以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)語(yǔ)言，據(jù)此保證了可用性與可讀性較強(qiáng)的芯片程序設(shè)計(jì)。運(yùn)用 FPGA可以實(shí)現(xiàn)板機(jī)調(diào)試、代碼仿真與其他有關(guān)的設(shè)計(jì)操作，確保當(dāng)前的代碼編寫方式以及設(shè)計(jì)方案都能符合特定的設(shè)計(jì)需求。 除此以外，關(guān)于設(shè)計(jì)算法應(yīng)當(dāng)將合理性置于首要性的位置，據(jù)此實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化的項(xiàng)目設(shè)計(jì)效果，并且優(yōu)化了芯片運(yùn)行的實(shí)效性。因此作為設(shè)計(jì)人員來(lái)講，首先就是要構(gòu)建特定的算法模塊，以此來(lái)完成與之有關(guān)的芯片代碼設(shè)計(jì)。這是由于預(yù)先設(shè)計(jì)代碼有助保證算法可靠性，對(duì)于整體上的芯片設(shè)計(jì)效果也能予以顯著優(yōu)化。在全面完成板機(jī)調(diào)試以及仿真測(cè)試的前提下，應(yīng)當(dāng)可以在根源上縮短設(shè)計(jì)整個(gè)芯片消耗的周期，同時(shí)也致力于優(yōu)化當(dāng)前現(xiàn)存的硬件整體結(jié)構(gòu)。例如在涉及到開發(fā)非標(biāo)準(zhǔn)的某些硬件接口時(shí)，通常都會(huì)用到上述的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式。

FPGA設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)是熟悉硬件系統(tǒng)以及內(nèi)部資源，保證設(shè)計(jì)的語(yǔ)言能夠?qū)崿F(xiàn)元器件之間的有效配合，提高程序的可讀性以及利用率。這也對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了比較高的要求，需要經(jīng)過(guò)多個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)積累才可以達(dá)到相關(guān)的要求。

在算法設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮合理性，保證項(xiàng)目最終完成的效果，依據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況提出解決問(wèn)題的方案，提高FPGA的運(yùn)行效率。確定算法后應(yīng)當(dāng)合理構(gòu)建模塊，方便后期進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)。在代碼設(shè)計(jì)時(shí)可以利用預(yù)先設(shè)計(jì)好的代碼，提高工作效率，增強(qiáng)可靠性。編寫測(cè)試平臺(tái)，進(jìn)行代碼的仿真測(cè)試和班級(jí)調(diào)試，完成整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。FPGA同ASIC不同，開發(fā)的周期比較短，可以結(jié)合設(shè)計(jì)要求改變硬件的結(jié)構(gòu)，在通信協(xié)議不成熟的情況下可以幫助企業(yè)迅速推出新產(chǎn)品，滿足非標(biāo)準(zhǔn)接口開發(fā)的需求。

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