FPGA技術之所以具有巨大的潛在市場,其根本原因在于FPGA不僅可以實現(xiàn)電子系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性等優(yōu)點,且其開發(fā)周期短、投入少,
芯片價格不斷下降。隨著芯片設計工藝水平的不斷提高,F(xiàn)PGA技術呈現(xiàn)出了以下三個主要的發(fā)展動向。
一、基于IP庫的設計方案
未來的FPGA芯片密度不斷提高,傳統(tǒng)的基于HDL的代碼設計方法很難滿足超大規(guī)模FPGA的設計需要。
隨著專業(yè)的IP庫設計公司不斷增多,商業(yè)化的IP庫種類會越來越全面,支持的FPGA器件也會越來越廣泛。
作為FPGA的設計者,主要工作是找到適合項目需要的IP庫資源,然后將這些IP整合起來,完成頂層模塊設計。
由于商業(yè)的IP庫都是通過驗證的,因此,整個項目的仿真和驗證工作主要就是驗證IP庫的接口邏輯設計的正確性。
目前,由于國內(nèi)的知識產(chǎn)權保護的相關法律法規(guī)還不盡完善,基于IP庫的設計方法還沒有得到廣泛應用。
但是隨著FPGA密度不斷提高和IP庫的價格逐漸趨于合理化,這種設計方案將會成為主流的FPGA設計技術。
二、基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)(SOPC)技術正在成熟
片上系統(tǒng)SoC(System on Chip)技術是指將一個完整產(chǎn)品的功能集成在一個芯片上或芯片組上。
SoC從系統(tǒng)的整體角度出發(fā),以IP(Intellectual property)核為基礎,以硬件描述語言作為系統(tǒng)功能和結構的描述手段,借助于以計算機為平臺的EDA工具進行開發(fā)。
由于SoC設計能夠綜合、全盤考慮整個系統(tǒng)的情況,因而可以實現(xiàn)更高的系統(tǒng)性能。SoC的出現(xiàn)是電子系統(tǒng)設計領域內(nèi)的一場革命,其影響將是深遠和廣泛的。
片上可編程系統(tǒng)SOPC(System on a Programmable Chip)是一種靈活、高效的SoC解決方案。
它將處理器、存儲器、I/O口和LVDS等系統(tǒng)需要的功能模塊集成到一片F(xiàn)PGA中,構成一個可編程的片上系統(tǒng)。
由于它是可編程系統(tǒng),具有靈活的設計方式,可裁減、可擴充、可升級,并具備軟硬件可編程的功能。
SOPC保持了SoC以系統(tǒng)為中心、基于IP模塊的多層次、高度復用的特點,而且具有設計周期短、風險投資小和設計成本低的優(yōu)勢,
其通過設計軟件的綜合、分析、裁減,可靈活地重構所需要的嵌入式系統(tǒng)。
這種技術的核心是在FPGA芯片內(nèi)部構建處理器。Xilinx公司主要提供基于Power PC的硬核解決方案,
而Altera提供的是基于NIOSII的軟核解決方案。Altera公司為NIOSII軟核處理器提供了完整的軟硬件解決方案,
可以幫助客戶短時間完成SOPC系統(tǒng)的構建和調(diào)試工作。
三、FPGA芯片向高性能、高密度、低壓和低功耗的方向發(fā)展
隨著芯片生產(chǎn)工藝不斷改善,F(xiàn)PGA芯片的性能和密度都在不斷提高。
早期的FPGA主要是完成接口邏輯設計,如AD/DA和DSP的粘合邏輯。現(xiàn)在的FPGA正在成為電路的核心部件,完成關鍵功能。
在高性能計算和高吞吐量I/O應用方面,F(xiàn)PGA已經(jīng)取代了專用的DSP芯片,成為最佳的實現(xiàn)方案。
因此,高性能和高密度也成為衡量FPGA芯片廠家設計能力的重要指標。
隨著FPGA性能和密度的提高,功耗也逐漸成為了FPGA應用的瓶頸。雖然FPGA比DSP等處理器的功耗低,但明顯高于專用芯片(ASIC)的功耗。
FPGA的廠家也在采用各種新工藝和技術來降低FPGA的功耗,并且已經(jīng)取得了明顯的效果。
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