fpga工程師須知

本文中，小編將對(duì)FPGA予以介紹，如果你想對(duì)它的詳細(xì)情況有所認(rèn)識(shí)，或者想要增進(jìn)對(duì)它的了解程度，不妨請(qǐng)看以下內(nèi)容哦。

fpga工程師須知內(nèi)容包括：

一、設(shè)計(jì)思路

FPGA芯片是開發(fā)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的理想解決方案之一。FPGA芯片基于HDL的設(shè)計(jì)方法允許工程師使用高級(jí)語言進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，F(xiàn)PGA工程師需要具備設(shè)計(jì)思路能力，包括分析需求、制定設(shè)計(jì)方案、梳理設(shè)計(jì)流程、處理異常情況等。

在FPGA設(shè)計(jì)過程中，需考慮到開銷、時(shí)序分析、資源利用等方面。例如，在設(shè)計(jì)高清視頻顯示芯片時(shí)，需要考慮分辨率、色彩表現(xiàn)、幀率等因素。在設(shè)計(jì)完成后，需要使用仿真工具模擬驗(yàn)證，并進(jìn)行調(diào)試測試以確保其正確性、穩(wěn)定性、可靠性和可移植性。

因此，F(xiàn)PGA工程師需要有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)思維和邏輯分析能力。他們需要能夠理解和應(yīng)用數(shù)學(xué)和物理學(xué)知識(shí)，并解決各種實(shí)際問題。

二、硬件語言

FPGA工程師通常使用硬件描述語言(HDL)進(jìn)行FPGA芯片的設(shè)計(jì)工作。硬件描述語言使得工程師能夠使用高級(jí)語言進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而提高了開發(fā)效率和可重用性。

HDL可以分為兩種類型：Verilog和VHDL。這兩種語言都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。Verilog語言通常更簡單，更易于使用和學(xué)習(xí)，但其結(jié)構(gòu)更靈活，因此需要更多的注意力來保證代碼正確性。相反，VHDL比Verilog更為精細(xì)，它可以很好的描述復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)以及高級(jí)邏輯電路。

FPGA工程師需要熟練掌握HDL語言，并能夠根據(jù)需要靈活使用這些語言。他們需要知道如何將各種邏輯電路和存儲(chǔ)器組合在一起，以實(shí)現(xiàn)所需的功能。同時(shí)，F(xiàn)PGA工程師還需要了解如何使用宏、異步復(fù)位、時(shí)鐘分頻等技術(shù)來設(shè)計(jì)復(fù)雜的電路。

三、EDA工具

EDA(Electronic Design Automation)工具用于支持FPGA的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和仿真。EDA工具主要分為三類：邏輯仿真、綜合和布局布線。

在邏輯仿真方面，F(xiàn)PGA工程師需要熟悉Cadence、ModelSim和Mentor等工具，這些工具能夠檢查FPGA的設(shè)計(jì)正確性和符合性。在這個(gè)階段，工程師需要能夠產(chǎn)生正確的測試數(shù)據(jù)集，以確保設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和性能。

在綜合方面，F(xiàn)PGA工程師需要使用工具將HDL語言轉(zhuǎn)化為更低級(jí)別的代碼。這樣，他們就能夠順利地將代碼映射到可編程邏輯設(shè)備中。Axcelerator和Vivado是常用的綜合工具，其中Vivado是由Xilinx公司開發(fā)的EDA工具。

在布局布線方面，F(xiàn)PGA工程師需要使用工具將邏輯網(wǎng)表傳輸?shù)轿锢聿季种?。在這個(gè)過程中，工程師需要考慮時(shí)序約束、時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)路徑優(yōu)化等因素。較常用的布局布線工具有ALLEGRO PCB和Orcad等軟件。在使用EDA工具之前，F(xiàn)PGA工程師需要了解所需的電路元件，例如寄存器，計(jì)數(shù)器，緩存器等，并了解這些元件的功能、信號(hào)和接口。

四.面積與速度的平衡互換原則

這里的面積指的是FPGA的芯片資源，包括邏輯資源和I/O資源等;這里的速度指的是FPGA工作的最高頻率(和DSP或者ARM不同，F(xiàn)PGA設(shè)計(jì)的工作頻率是不固定的，而是和設(shè)計(jì)本身的延遲緊密相連)。 在實(shí)際設(shè)計(jì)中，使用最小的面積設(shè)計(jì)出最高的速度是每一個(gè)開發(fā)者追求的目標(biāo)，但是“魚和熊掌不可兼得”，取舍之間展示了一個(gè)開發(fā)者的智慧。

1.速度換面積

速度優(yōu)勢可以換取面積的節(jié)約。面積越小，就意味著可以用更低的成本來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能。速度換面積的原則在一些較復(fù)雜的算法設(shè)計(jì)中常常會(huì)用到。在這些算法設(shè)計(jì)中，流水線設(shè)計(jì)常常是必須用到的技術(shù)。在流水線的設(shè)計(jì)中，這些被重復(fù)使用但是使用次數(shù)不同的模塊將會(huì)占用大量的FPGA資源。對(duì)FPGA的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行改造，將被重復(fù)使用的算法模塊提煉出最小的復(fù)用單元，并利用這個(gè)最小的高速代替原設(shè)計(jì)中被重復(fù)使用但次數(shù)不同的模塊。當(dāng)然，在改造的過程中必然會(huì)增加一些其他的資源來實(shí)現(xiàn)這個(gè)代替的過程。但是只要速度具有優(yōu)勢，那么增加的這部分邏輯依然能夠?qū)崿F(xiàn)降低面積提高速度的目的。

可以看到，速度換面積的關(guān)鍵是高速基本單元的復(fù)用。

2.面積換速度

在這種方法中面積的復(fù)制可以換取速度的提高。支持的速度越高，就意味著可以實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)品性能。一些注重產(chǎn)品性能的應(yīng)用領(lǐng)域可以采用并行處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)面積換速度。

經(jīng)由小編的介紹，不知道你對(duì)FPGA是否充滿了興趣?如果你想對(duì)它有更多的了解，不妨嘗試度娘更多信息或者在我們的網(wǎng)站里進(jìn)行搜索哦。