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采用 Vivado 高层次综合开展 FPGA 设计的简介

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  • 日期: 2020-08-30
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标签: Vivado

  Vivado设计套件,是FPGA厂商赛灵思公司2012年发布的集成设计环境。包括高度集成的设计环境和新一代从系统到IC级的工具,这些均建立在共享的可扩展数据模型和通用调试环境基础上。

FPGA

FPGA(Field-Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD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器件门电路数有限的缺点。 系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来,就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变,所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。FPGA一般来说比ASIC(专用集成芯片)的速度要慢,无法完成复杂的设计,但是功耗较低。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品,可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力,所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的,然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。

软件是所有应用的基础。现如今,无论是娱乐、游戏、通信还是医药,人们日常使用的大量产品都始于软件模型或原型设计。软件工程师的使命就是根据系统的性能和可编程性限制来判断将项目投向市场的最佳实现平台。为了履行这一使命,软件工程师需要借助编程技巧以及各种硬件处理平台的帮助。

编程方面数十年的发展使面向对象的编程代码复用以及并行计算范例的算法性能双双取得了质的飞跃。编程语言、框架和工具的进步使软件工程师能够快速完成原型设计,并测试多种不同方法以解决具体问题。这种对于快速设计解决方案原型的需求带来了2个有趣的问题。第1个问题是如何分析和量化各种算法,这个问题在其它作品中已经得到了广泛的讨论,在本指南中就不再赘述了。第2个问题是在何处执行算法,在本指南中将从现场可编程门阵列(FPGA)的角度来探讨这个问题。

对于在何处运行算法的讨论正逐渐向并行化和并发化的方向靠拢。虽然以并行和并发方式执行软件程序的想法由来已久,但在处理器和应用专用集成电路(ASIC)设计领域的某些趋势的推波助澜下,这个话题又再度引发了关注。为了进一步提升软件算法的性能,软件工程师曾面临2个选择:定制集成电路或FPGA。

第一种选择最为昂贵,即将算法交给硬件工程师,进行定制电路实现。这个选择的成本基于如下要素:?电路制造成本?将算法转换为硬件的时间成本尽管制造工艺阶段技术在功耗、计算吞吐量和逻辑密度方面已经实现了长足的发展,但为应用制造定制集成电路或ASIC的成本仍居高不下。在每个工艺处理节点上,制造成本不断增加,导致从经济角度只有交付数量达百万级的应用才值得一试。

第二个选择是使用FPGA,它可解决ASIC制造方面固有的成本问题。FPGA支持设计人员使用由基本可编程逻辑元件组成的现成组件来创建算法的定制电路实现。此平台可节省功耗,发挥小型制造节点的性能优势,同时避免ASIC开发工作中所伴随的成本和复杂性。与ASIC一样,以FPGA实现的算法可以发挥定制电路的固有并行性质。

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