FPGA區別於其它通用邏輯器件的不同點
發布時間:2017-08-16 責任編輯:susan
【導讀】FPGA器件的選用同其它通用邏輯器件不同,除考慮器件本身的性能外,軟件下具也很重要。目前市場上已有的FPGA器件生產廠家有20多個,而設計軟件除生產廠家自行研製的軟件外還有50多種。FPGA器件的價格已經不菲,更不用說設計軟件的價格,所以如何選用合適的FPGA器件,不隻是一件一次性的工作,還涉及到設計軟件的選用以及今後進一步下作的開展。

首先,用戶應該根據自身的技術環境、技術條件、使用習慣等選擇一種合適的軟件工具,同時要兼顧EDA技ji術shu的de發fa展zhan。占zhan據ju優you勢shi的de軟ruan件jian供gong應ying商shang同tong人ren多duo數shu芯xin片pian製zhi造zao商shang建jian立li了le良liang好hao的de合he作zuo夥huo伴ban關guan係xi,所suo以yi,擁yong有you一yi種zhong設she計ji軟ruan件jian,再zai進jin一yi步bu選xuan擇ze不bu同tong的de工gong具ju庫ku,或huo增zeng加jia部bu分fen配pei置zhi,即ji可ke對dui不bu同tong廠chang家jia的de不bu同tong種zhong類lei的deFPGA產品進行設計。
其次,用戶可根據設計的需要確定選擇哪一類FPGA器件。如果用於航天、軍事領域,反熔絲技術的一次編程型FPGA是首選;如果要完成多種算術運算,或是要求在較高速度下,FPGA/CPLD是較好的選擇;而對於功能複雜的時序邏輯電路而言,標準門陣列單元型的FPGA具有集成度高、保bao持chi靈ling活huo和he功gong耗hao低di的de優you點dian。當dang然ran,這zhe隻zhi是shi通tong用yong準zhun則ze,關guan鍵jian是shi所suo選xuan擇ze的de器qi件jian能neng滿man足zu設she計ji要yao求qiu的de所suo有you功gong能neng,在zai此ci基ji礎chu上shang,再zai利li用yong上shang述shu準zhun則ze確que定ding具ju體ti的de一yi種zhong器qi件jian。
第三,選定某一廠家的產品,生產同類器件的廠家很多,一般依據以下準則進行選擇。
(1) 選擇有設計軟件支持的廠家的芯片,這樣可減少資本投入,降低成本。
(2) 選擇產品設計性能改進有餘量的。如果所選擇的芯片是某一廠家產品中容量:最大,或是速度最高的,那麼,一但設計需要改進,則有可能在該廠家的芯片中再選不出合適的來了。
(3) 設(she)計(ji)應(ying)用(yong)的(de)延(yan)續(xu)性(xing)和(he)可(ke)擴(kuo)展(zhan)性(xing)。如(ru)果(guo)所(suo)選(xuan)廠(chang)家(jia)的(de)產(chan)品(pin)具(ju)有(you)很(hen)大(da)的(de)局(ju)限(xian)性(xing),則(ze)有(you)可(ke)能(neng)僅(jin)僅(jin)適(shi)用(yong)於(yu)很(hen)少(shao)一(yi)部(bu)分(fen)設(she)計(ji),從(cong)而(er)造(zao)成(cheng)設(she)計(ji)軟(ruan)件(jian)投(tou)入(ru)上(shang)的(de)浪(lang)費(fei)。
(4) 選擇性能價格比最優的。盡管象Xilinx 、Altera這樣的器件生產廠家都在通過降價來作市場宣傳,大多數FPGA芯片的價格還是比較高的,所有在滿足上述準則的情況下適當考慮價格也是有必要的。
FPGA器件的發展非常快,上麵的統計是從市場的角度出發對市場份額較大、行xing業ye內nei目mu前qian處chu於yu領ling先xian地di位wei的de部bu分fen廠chang家jia進jin行xing的de,具ju有you一yi定ding的de代dai表biao性xing,但dan不bu是shi十shi分fen全quan麵mian。隻zhi有you不bu斷duan跟gen蹤zong這zhe一yi領ling域yu的de技ji術shu發fa展zhan和he市shi場chang動dong態tai才cai能neng對duiFPGA產品有更加全麵、不斷更新的認識,在今後的設計中更好地利用FPGA,以提高產品的設計水平。
由於FPGA具備設計靈活、可以重複編程的優點,因此在電子產品設計領域得到了越來越廣泛的應用。在工程項目或者產品設計中,選擇FPGA芯片可以參考以下的幾點策略和原則。
盡量選擇成熟的產品係列
FPGA芯xin片pian的de工gong藝yi一yi直zhi走zou在zai芯xin片pian設she計ji領ling域yu的de前qian列lie,產chan品pin更geng新xin換huan代dai速su度du非fei常chang快kuai。穩wen定ding性xing和he可ke靠kao性xing是shi產chan品pin設she計ji需xu要yao考kao慮lv的de關guan鍵jian因yin素su。廠chang家jia最zui新xin推tui出chu的deFPGA係列產品一般都沒有經過大批量應用的驗證。選擇這樣的芯片會增加設計的風險。而且,最新推出的FPGA芯xin片pian因yin為wei產chan量liang比bi較jiao小xiao,一yi般ban供gong貨huo情qing況kuang都dou不bu會hui很hen理li想xiang,價jia格ge也ye會hui偏pian高gao一yi些xie。如ru果guo成cheng熟shu的de產chan品pin能neng滿man足zu設she計ji指zhi標biao要yao求qiu,那na麼me最zui好hao選xuan這zhe樣yang的de芯xin片pian來lai完wan成cheng設she計ji。例li如ru,要yao用yongFPGA設計一塊數據采集卡。采用Altera公司的Cyclone、CyloneII和CycloneIII等3個係列的芯片都可以完成這個功能。考慮到Cyclone和CyloneII是成熟產品,同時CyloneII又是Cyclone的升級產品,因此選擇CyloneII是比較理想的方案。
盡量選擇兼容性好的封裝
FPGA係統設計一般采用硬件描述語言(HDL)來完成設計。這與基於CPU的軟件開發又有很大不同。特別是算法實現的時候,在設計之前,很難估算這個算法需要占多少FPGA的邏輯資源。作為代碼設計者,希望算法實現之後再選擇FPGA的型號。但是,現在的設計流程一般都是軟件和硬件並行開始設計。也就是說,在HDL代碼設計之前,就開始硬件板卡的設計。這就要求硬件板卡具備一定的兼容性,可以兼容不同規模的FPGA芯片。幸運的是,FPGA芯片廠家考慮到了這一點。目前,同係列的FPGA芯片一般可以做到相同物理封裝兼容不同規模的器件。例如,Xilinx的Spartan3係列FPGA,在BGA456封裝下,可以選擇3S200、2S400、3S1000、3S1500這4種型號的FPGA。正是因為這一點,將來的產品就具備非常好的擴展性,可以不斷地增加新的功能或者提高性能,而不需要修改電路板的設計文件。
盡量選擇一個公司的產品
如果在整個電子係統中需要多個FPGAqijian,namejinliangxuanzeyigegongsidechanpin。zheyangdehaochubujinkeyijiangdichengben,erqiejiangdikaifanandu。yinweikaifahuanjinghegongjushiyizhide,xinpianjiekoudianpinghetexingyeyizhi,bianyuhulianhutong。
很多第一次接觸FPGA的設計師在芯片選型的時候都有過這個疑問。其實這兩個最大的FPGA廠家位於美國的同一座城市,人員和技術交流都很頻繁,因此產品各有的優勢和特色,很難說清楚誰好誰壞。
在全球不同的地區,這兩家公司的FPGA芯片產品的市場表現會有所差別。在中國市場,兩家公司可以說是平分秋色,在高校裏麵Altera的客戶會略多一些。針對特定的應用,兩個廠家的產品目錄裏麵都可以找到適合的係列或者型號。
比如,針對低成本應用,Altera公司的Cyclone係列和Xilinx公司的Spartan3係列是對應的。針對高性能應用,Altera公司的StraTIx係列和Xilinx公司的Virtex係列是對應的。所以,最終選擇那個公司的產品還是看開發者的使用習慣。
選擇芯片時千萬注意芯片實際的工作溫度
最zui近jin項xiang目mu完wan成cheng的de儀yi器qi在zai測ce試shi時shi總zong是shi出chu現xian數shu據ju不bu準zhun的de情qing況kuang,而er在zai以yi前qian從cong沒mei有you出chu現xian類lei似si情qing況kuang,而er且qie在zai室shi內nei測ce試shi時shi所suo有you指zhi標biao均jun滿man足zu要yao求qiu,不bu過guo一yi到dao室shi外wai測ce試shi(儀器應用場合在室外開闊場地),測(ce)試(shi)數(shu)據(ju)就(jiu)會(hui)不(bu)準(zhun),百(bai)思(si)不(bu)得(de)其(qi)解(jie),最(zui)後(hou)我(wo)們(men)判(pan)斷(duan)是(shi)實(shi)際(ji)環(huan)境(jing)的(de)溫(wen)度(du)超(chao)出(chu)了(le)芯(xin)片(pian)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)。在(zai)這(zhe)個(ge)時(shi)候(hou)北(bei)京(jing)室(shi)外(wai)的(de)溫(wen)度(du)經(jing)常(chang)低(di)於(yu)0度,而我采用的FPGA芯片為商業級的,其工作溫度範圍在0°~70°,因此很有可能問題出在這裏,對設備加上保暖措施後,測試效果有明顯改進。
順便說一下各種等級芯片的工作溫度範圍
商業級:0°~70°
工業級:-40°~85°
軍用級:-55°~125°
Altera的FPGA型號命名中也能看出其性質。比如我用的FPGA是EP2C8Q208C8
2C:代表是Cyclone II係列
8:邏輯單元的數量,8表示有8000個左右的邏輯單元
Q:表示封裝,Q代表QFP封裝
208:代表引腳數,有208隻引腳
C:代表是商業級,I代表工業級
8:表示芯片速度,一般有6,7,8三種,6最高,8最慢
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