聊一聊FPGA技術的發展方向

2021-10-05 14:37:04 字數 1556 閱讀 7564

fpga技術之所以具有巨大的潛在市場,其根本原因在於fpga不僅可以實現電子系統小型化、低功耗、高可靠性等優點,且其開發周期短、投入少,晶元**不斷下降。隨著晶元設計工藝水平的不斷提高,fpga技術呈現出了以下三個主要的發展動向。

基於ip庫的設計方案

未來的fpga晶元密度不斷提高,傳統的基於hdl的**設計方法很難滿足超大規模fpga的設計需要。隨著專業的ip庫設計公司不斷增多,商業化的ip庫種類會越來越全面,支援的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專案需要的ip庫資源,然後將這些ip整合起來,完成頂層模組設計。由於商業的ip庫都是通過驗證的,因此,整個專案的**和驗證工作主要就是驗證ip庫的介面邏輯設計的正確性。

目前,由於國內的智財權保護的相關法律法規還不盡完善,基於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**逐漸趨於合理化,這種設計方案將會成為主流的fpga設計技術。

基於fpga的嵌入式系統(sopc)技術正在成熟

片上系統soc(system on chip)技術是指將乙個完整產品的功能整合在乙個晶元上或晶元組上。soc從系統的整體角度出發,以ip(intellectual property)核為基礎,以硬體描述語言作為系統功能和結構的描述手段,借助於以計算機為平台的eda工具進行開發。由於soc設計能夠綜合、全盤考慮整個系統的情況,因而可以實現更高的系統效能。soc的出現是電子系統設計領域內的一場革命,其影響將是深遠和廣泛的。

片上可程式設計系統sopc(system on a programmable chip)是一種靈活、高效的soc解決方案。它將處理器、儲存器、i/o口和lvds等系統需要的功能模組整合到一片fpga中,構成乙個可程式設計的片上系統。

由於它是可程式設計系統,具有靈活的設計方式,可裁減、可擴充、可公升級,並具備軟硬體可程式設計的功能。

sopc保持了soc以系統為中心、基於ip模組的多層次、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勢,其通過設計軟體的綜合、分析、裁減,可靈活地重構所需要的嵌入式系統。

這種技術的核心是在fpga晶元內部構建處理器。xilinx公司主要提供基於power pc的硬核解決方案,而altera提供的是基於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體解決方案,可以幫助客戶短時間完成sopc系統的構建和除錯工作。

fpga晶元向高效能、高密度、低壓和低功耗的方向發展

隨著晶元生產工藝不斷改善,fpga晶元的效能和密度都在不斷提高。早期的fpga主要是完成介面邏輯設計,如ad/da和dsp的粘合邏輯。現在的fpga正在成為電路的核心部件,完成關鍵功能。

在高效能計算和高吞吐量i/o應用方面,fpga已經取代了專用的dsp晶元,成為最佳的實現方案。因此,高效能和高密度也成為衡量fpga晶元廠家設計能力的重要指標。

隨著fpga效能和密度的提高,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,但明顯高於專用晶元(asic)的功耗。fpga的廠家也在採用各種新工藝和技術來降低fpga的功耗,並且已經取得了明顯的效果。

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