FPGA作业答案

发布 2020-02-25 03:08:28 阅读 4296

1、简述eda的发展历程及各阶段的特点1)手工设计阶段。

2)计算机辅助设计(cad),20世纪70年代,属eda技术发展初期。该阶段的特点是一些单独的工具软件,主要有pcb布线设计、电路模拟、逻辑模拟及版图的绘制通过计算机的使用,从而将设计人员从大量繁琐重复的计算和绘图工作中解脱出来。

3)计算机辅助工程设计(cae),20世纪80年代初,这阶段在集成电路与电子设计方法学以及设计工具集成化方面取得了许多成果。4)电子设计自动化(eda),20世纪90年代,这阶段主要出现了以高级语言描述、系统**和综合技术为特征的点三代eda技术不仅极大地提高了系统的设计效率,而且使设计人员摆脱了大量的辅助性及基础性工作,经精力集中于创造性的方案与概念的构思上。

2、fpga在asic分类表中属于那一个分支?阐述fpga的定义,它是如何分类的?它的内部结构由几部分组成?每部分的作用是什么?

答:fpga是一种新型的高密度pld,采用cmos-sram工艺制作。fpga的结构与门阵列pld不同,其内部由许多独立的可编程逻辑模块组成,逻辑块之间可以灵活的相互连接。

fpga的定义:英文field programable gate array的缩写,即现场可编程门阵列,它是在可编程阵列逻辑pal、门阵列逻辑gal、可编程逻辑器件pld等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路asic领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程期间门电路数有限的缺点。

fpga能完成任何数字器件的功能,上至高性能的cpu,下至简单的74系列电路,都可以用fpga来实现。

fpga的分类:1、按逻辑功能块的大小分类,可将fpga分为细粒度结构和粗粒度结构。2、按互连结构分类,即根据fpga内部的连线结构不同,可将其分为分段互连型和连续互连型。

3、按编程特性分类,即根据采用的开关元件的不同,fpga可分为一次编程型和可重复编程型。fpga结构一般分为三部分:可编程逻辑块、可编程i/o模块和可编程内部连线。

可编程逻辑块是实现逻辑功能的基本单元,他们通常规则的排列成一个阵列,散布于整个芯片;可编程输入/输出模块主要完成芯片上的逻辑与外部封装脚的接口,它通常排列在芯片的四周;可编程内部接线包括各种长度的连线线段和一些可编程连接开关,他们将各个clb、iob之间及iob之间连接起来,构成特定功能的电路。

3、pld的常用的两种设计方法是什么?各有什么特点?

答:1、自下而上的设计方法,主要特点⑴采用通用的逻辑元器件;⑵在系统硬件设计的后期进行**和调试;⑶主要设计文件是电原理图。

2、自上而下的设计方法,主要特点⑴电路设计更趋合理;⑵采用系统早期**;⑶降低了硬件电路设计难度;⑷主要设计文件是用hdl语言编写的源程序。4、fpga或cpld的设计流程包括哪些步骤?简述每个步骤的作用。

答:fpga的设计流程包括设计准备、设计输入、功能**、设计处理、时序**和器件编程及测试等七个步骤。

a、电路设计和输入特点:这种方法的有点是直观、便于理解、元器件库资源丰富。不过在大型设计中,这种方法的可维护性较差,不利于模块构造和重用。

更主要的缺点就是当所选用芯片升级换代后,所有的原理图都要做相应的改动。

b、功能**特点:电路设计完成以后,要用专用的**工具对设计进行功能**,验证电路功能是否符合设计需求。功能**有时也称为前**。

通过**能及时发现设计中的错误,加快设计进度,提高设计的可靠性。

c、综合优化特点:综合优化(synthesize)是指将hdl语言、原理图等设计输入翻译成由和、或、非门,ram,触发器等基本逻辑单元组成的逻辑连接(网表),并根据目标和需求(约束条件)优化所生成的逻辑连接,输出edf和edn等标准格式的网表文件,供fpga/cpld厂家的布局布线器进行实现。

d、综合后**特点:综合完成后需要检查综合结果是否和设计一致,做综合后**。在**时,把综合生成的标准延时文件反标志到综合**模型中去,可估计门延时带来的影响。

e、实现和布局布线特点:综合结果的本质是一些由和、或、非门,触发器,ram等基本逻辑单元组成的逻辑网表,他和芯片的实际的设置情况更有较大的差距。此时应该使用fpga/cpld厂商提供的软件工具,根据所选芯片的型号将综合输出的网表适配到具体fpga/cpld器件上,这个过程就叫做实现过程。

因为只有器件的研发商最了解器件的内部结构,所以实现步骤必须选用器件研发商提供的工具。在实现过程中最主要的过程是布局布线(par)。所谓布局(place),就是指将逻辑网表中的硬件原语或底层单元合理地适配到fpga内部的固有硬件结构上,布局的优劣对设计的最终结果(在速度和面积两个方面)影响非常大。

所谓布线(route),是指根据布局的拓扑结构,利用fpga内部的各种连线资源,合理正确连接各个元件的过程。fpga的结构相对复杂,为了获得更好的实现结果,特别是确保能够满足设计的时序条件,一般采用时序驱动的引擎进行布局布线,所以对于不同的设计输入,特别是不同的时序约束,获得的布局布线结果一般有较大的差异。cpld结构相对简单得多,其资源有限而且布线资源一般为交叉连接矩阵,f、时序**和验证特点:

将布局布线的延时信息反标注到设计网表中,所进行的**就叫时序**或布局布线后**,也叫后**。该**的**延时文件包含的延时信息最全,不仅包含了门延时,还包含了实际布线延时,所以布局布线后**最准确,能够较好的反映芯片的实际工作情况。一般来说,布线后**步骤必须进行,通过布局布线后**能检查设计时序和fpga实际运**况是否一致,确保设计的可靠性和稳定性。

g、板级**和验证特点:有些高速设计情况下还需要使用第三方的板级验证工具进行**和验证。这些工具通过对设计的ibis、hspice等模型的**,能较好地分析高速设计的信号完整性、电磁干扰等电路特性。

h、调试和加载设置特点:设计研发的最后步骤就是**调试或将生成的设置文件写入芯片中进行测试。

5、简述硬件ip模块、软件ip模块和固件ip模块的定义和特点。答:硬件ip模块已完成了布局布线和功能验证并将设计映射到ic硅片的物理版图上。

虽然硬件ip模块的可靠性高,但是它的可重用性和灵活性较差,往往不能直接转换到采用新工艺的芯片中。软件ip模块通常是可综合的寄存器级硬件描述语言模型,它包括**模型、测试方法和说明文件。但是以hdl**的形式将软件ip模块提供给用户不是最有效的方法,原因是用户将ip模块嵌入到自己的系统中后,新的布局布线往往会降低ip模块的性能,甚至是整个系统都无法工作,因此,一种有效的方法就是将带有布局布线信息的网表提供给用户,这样就避免了用户重新布线所带来的问题。

这种含有布局布线信息的软件ip模块。

又称为固件ip模块。

1.简述altera的pld产品分类及主要特点。

altera把他的产品分为和结构化asic三个大类。其中fpga密度高,速度更快。cpld**低,高集成度。结构化的asic被用于大量的专用产品,具有良好的性价比。

2.简述如何合理地选择器件。

应该根据自己的设计需要来选择需要的器件,通过比较配置器件的基本性能参数,包括器件名称,封装形式,i/o引脚数目,供电电压等来选择,以便于用户快速合理的选择器件。

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