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FPGA進(jìn)行開發(fā)嵌入式系統(tǒng)中用的幾個(gè)發(fā)展方向

作者: 時(shí)間:2010-09-15 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  Altium Designer拓寬了板級(jí)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)界限,將與PCB設(shè)計(jì)集成在一起,同時(shí)支持原理圖輸入和HDL硬件描述輸入模式;同時(shí)支持基于VHDL的設(shè)計(jì)仿真,混合信號(hào)電路仿真、布局前/后信號(hào)完整性分析。PCB版圖設(shè)計(jì)中的布局布線采用完全規(guī)則驅(qū)動(dòng)模式,并且在PCB布線中采用了無網(wǎng)格的Situs拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線功能;同時(shí),將完整的CAM輸出功能的編輯結(jié)合在一起。

  Altium Designer支持PCB與引腳的雙向同步,提供完善的混合信號(hào)仿真、布線前后的信號(hào)完整性分析功能,提供了對(duì)高密度封裝(如BGA)的交互布線功能。

  在原理圖部分,Altium Designer新增的特性包括:文件管理功能,多層次、多通道的原理設(shè)計(jì),可自動(dòng)標(biāo)注元器件,引腳配置導(dǎo)入,原理圖環(huán)境中的PCB規(guī)則定義,豐富的集成庫(kù),改善的編輯、查詢和可視化。

  FPGA引腳配置導(dǎo)入功能允許管腳約束文件,管腳定義可以直接來源于FPGA器件商的引腳約束文件,同時(shí)提供對(duì)引腳名稱和電氣類型定義的支持;不再?gòu)?qiáng)調(diào)必須在Altium Designer環(huán)境下完成包括FPGA內(nèi)部邏輯電路設(shè)計(jì)在內(nèi)的一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

  在PCB部分提供了完整的由規(guī)則驅(qū)動(dòng)的PCB設(shè)計(jì)環(huán)境;支持高速設(shè)計(jì),具有成熟的布線后信號(hào)完整性分析工具;支持差分對(duì)布線;支持BGA封裝器件的逃溢式扇出功能;支持漢字輸入;支持任意可配置引腳定義器件的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化功能;Orcad、PADS、AutoCAD和其他軟件的文件導(dǎo)入和導(dǎo)出功能;完整的ODB++/Gerber CAM-系統(tǒng)使得用戶可以重新設(shè)計(jì)原有的設(shè)計(jì),彌補(bǔ)設(shè)計(jì)和制造之間的差異。PCB部分還支持布局優(yōu)化、布線功能優(yōu)化、PCB板的3D顯示、FPGA的全面協(xié)同、CAM輸出。

  Altium Desigenr內(nèi)嵌的仿真軟件兼容XSPICE/PSPICE電路仿真模型,它能將仿真結(jié)果以波形的方式顯示,可進(jìn)行混合電路仿真和仿真波形顯示,支持多種仿真模型。在信號(hào)完整性分析部分,提供了消除反射和串?dāng)_分析功能,

  在Altium Designer中,用戶可以用圖形化的方式來完成整個(gè)設(shè)計(jì)流程,系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用FPGA廠商提供的工具進(jìn)行布局布線,設(shè)計(jì)環(huán)境中的集中過程控制和監(jiān)測(cè)功能使得信息能夠得到及時(shí)反饋從而實(shí)現(xiàn)交互式設(shè)計(jì)與調(diào)試。

  使用“虛擬儀器”元件,工程師可以在原理圖級(jí)將“虛擬儀器”連入設(shè)計(jì);FPGA編程后,可以從外部控制;可以實(shí)時(shí)觀察FPGA發(fā)生的情況;調(diào)試時(shí)使用JTAG 邊界掃描檢驗(yàn)FPGA的信號(hào);用Nexus協(xié)議和虛擬儀器進(jìn)行通信并對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)試。

  Altium Designer還提供了大量通用的預(yù)驗(yàn)證的IP Core,支持通用IP Core 的設(shè)計(jì),并且支持第三方提供的IP Core 。通過與Nanoboard NB1系統(tǒng)驗(yàn)證板的結(jié)合,可進(jìn)行實(shí)時(shí)設(shè)計(jì),從而實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于目標(biāo)器件的FPGA設(shè)計(jì)。

  Altium公司的這種設(shè)計(jì)方法,將硬件、軟件和可編程硬件等領(lǐng)域均被統(tǒng)一在單一的開發(fā)系統(tǒng)內(nèi),可以完全控制和同步從概念構(gòu)想到完成實(shí)施的整個(gè)設(shè)計(jì)流程。

  這種一體化開發(fā)流程的缺點(diǎn)是,盡管非常方便易用,但軟件的各個(gè)部分在性能和功能上無法全部做到領(lǐng)先,在驗(yàn)證、功能設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)等方面要弱于一些專業(yè)性的或FPGA廠商自己的軟件,在需要針對(duì)器件進(jìn)行非常細(xì)致的優(yōu)化以取得最佳性能時(shí),Altium Designer就未必是最佳選擇了。

  定位不同的硬件開發(fā)板

  同軟件定位不同一樣,目前眾多的硬件開發(fā)電路板的市場(chǎng)定位也是不同的。主流的FPGA廠商均推出了自己的開發(fā)板,為了市場(chǎng)推廣和銷售的需要,他們也和一些大的經(jīng)銷商合作推出開發(fā)板,更容易利用經(jīng)銷商在價(jià)格和渠道上的優(yōu)勢(shì)。

  Xilinx公司的主要經(jīng)銷商安富利公司開發(fā)了很多FPGA開發(fā)板,在功能上更加豐富,在定價(jià)和促銷上也更靈活。如,安富利推出的Virtex-4 FX PCI Express開發(fā)工具套件和Virtex-5 LX開發(fā)工具套件。


圖 Virtex-4 FX PCI Express開發(fā)套件

  找到精確滿足開發(fā)人員需求的FPGA開發(fā)基板是非常困難的,在基板上添加子板是一個(gè)不錯(cuò)的方法。安富利推出的EXP擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)使設(shè)計(jì)人員在原型設(shè)計(jì)時(shí)候可以通過子卡添加多種功能,滿足FPGA開發(fā)板的不同要求,免費(fèi)提供給設(shè)計(jì)工程師用于定制基本板和擴(kuò)展模塊。使用EXP模塊的好處是成本低、靈活性高、易于制作原型。在結(jié)構(gòu)上,半長(zhǎng)EXP模塊可提供84個(gè)用戶I/O、32個(gè)單端信號(hào)、22個(gè)差分信號(hào)、單端時(shí)鐘輸入和輸出、差分時(shí)鐘輸入和輸出,單端和差分信號(hào)的最高頻率分別是200MHz和700MHz。

  安富利提供的EXP模塊包括:視頻預(yù)處理模塊、高速ADC模塊、高速DAC模塊、ADI公司的EXP適配器模塊。有全長(zhǎng)(126mm×80mm)和半長(zhǎng)(108mm×80mm)兩種尺寸,采用Samtec公司高性能的QTE/QSE連接器。



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