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) shejiyingyongdeyanxuxinghekekuozhanxing。ruguosuoxuanchangjiadechanpinjuyouhendadejuxianxing,zeyoukenengjinjinshiyongyuhenshaoyibufensheji,congerzaochengshejiruanjiantourushangdelangfei。
(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(de)FPGA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FPGAxinpianyinweichanliangbijiaoxiao,yibangonghuoqingkuangdoubuhuihenlixiang,jiageyehuipiangaoyixie。ruguochengshudechanpinnengmanzushejizhibiaoyaoqiu,namezuihaoxuanzheyangdexinpianlaiwanchengsheji。liru,yaoyongFPGA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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