FPGA的设计流程(精)

3．功能仿真
功能仿真在编译之前对用户所设计的电路进行 逻辑功能验证，此时的仿真没有延时信息，仅 对初步的功能进行检测。仿真前，要先利用波 形编辑器和硬件描述语言等建立波形文件和测 试向量（即将所关心的输入信号组合成序列）， 仿真结果将会生成报告文件和输出信号波形， 从中便可以观察到各个节点的信号变化。如果 发现错误，则返回设计输入中修改逻辑设计。
（3）波形输入方式
波形输入方式主要是用来建立和编辑波形设计 文件，以及输入仿真向量和功能测试向量。波 形设计输入适用于时序逻辑和有重复性的逻辑 函数。系统软件可以根据用户定义的输入／输 出波形自动生成逻辑关系。波形编辑功能还允 许设计人员对波形进行拷贝、剪切、粘贴、重 复与伸展，从而可以用内部节点、触发器和状 态机建立设计文件，并将波形进行组合，显示 各种进制的状态值，也可以将一组波形重叠到 另一组波形上，对两组仿真结果进行比较。
（2）HDL（硬件描述语言）输入方式
硬件描述语言是用文本方式描述设计，它分为普 通硬件描述语言和行为描述语言。普通硬件描述 语言有ABEL、CUR和LFM等，它们支持逻辑方程。 真值表、状态机等逻辑表达方式，主要用于简单 PLD的设计输入。行为描述语言是目前常用的高层 硬件描述语言，主要有VHDL和 Verilog HDL两个 IEEE标准。其突出优点有：语言与工艺的无关性， 可以使设计人员在系统设计、逻辑验证阶段便确 立方案的可行性；语言的公开可利用性，便于实 现大规模系统的设计；具有很强的逻辑描述和仿 真功能，而且输入效率高，在不同的设计输入库 之间的转换非常方便，用不着对底层的电路和PLD 结构的熟悉。
器件在编程完毕后，可以用编译时产生 的文件对器件进行校验、加密等工作。 对于支持JTAG技术，具有边界扫描测试 BST（Bandary-Scan Testing）能力和在 线编程能力的器件来说，测试起来就更 加方便。
1.3.2 基于MAX十plusⅡ的设计流程
MAX＋plusⅡ是Altera提供的FPGA／CPLD开发 集成环境。在MAX＋plusⅡ上可以完成FPGA的 整个设计流程，它提供了一种与结构无关的设 计环境，使设计者能方便地进行设计输入、快 速处理和器件编程。
1．设计准备
在系统设计之前，首先要进行的是方案 论证，系统设计和器件选择等准备工作。 设计人员需要根据任务要求，如系统的 功能和复杂度，对工作速度和器件本身 的资源、成本及连线的可布性等方面进 行权衡，选择合适的设计方案和合适的 器件类型。一般采用自顶向下的设计方 法。
2．设计输入
设计输入是设计人员将所设计的系统或 电路以开发软件要求的某种形式表示出 来，并送入计算机的过程。设计输入通 常有以下几种形式：
（4）布局和布线
布局和布线工作是在上面的设计工作完 成后由软件自动完成的，它以最优的方 式对逻辑元件布局，并准确地实现元件 间的互连。布线以后软件自动生成报告， 提供有关设计中各部分资源的使用情况 等信息。
5．时序仿真
时序仿真又称后仿真或延时仿真。由于 不同Fra Baidu bibliotek件的内部延时不一样，不同的布 局布线方案也给延时造成不同的影响， 因此在设计处理以后，对系统和各模块 进行时序仿真，分析其时序关系，估计 设计的性能，以及检查和消除竞争冒险 等是非常有必要的。实际上这也是与实 际器件工作情况基本相同的仿真。
6．器件编程测试
时序仿真完成后，软件就可产生供器件 编程使用的数据文件。对EPLD／CPLD来 说，是产生熔丝图文件，即 JED文件。 对于FPGA来说，是产生位流数据文件 （Bitstream Generation），然后将编程 数据放到对应的具体可编程器件中去。
器件编程需要满足一定的条件，如编程 电压、编程时序和编程算法等。普通的 EPLD／CPLD器件和一次性编程的FPGA 需要专用的编程器完成器件的编程工作。 基于SRAM的FPGA可以由EPROM或其它 存储体进行配置。在线可编程的PLD器件 不需要专门的编程器，只要一根编程下 载电缆就可以了。
（2）逻辑优化和综合
化简所有的逻辑方程或用户自建的宏， 使设计所占用的资源最少。综合的目的 是将多个模块化设计文件合并为一个网 表文件，并使层次设计平面化。
（3）适配和分割
确立优化以后的逻辑能否与器件中的宏单元和 I/O用单元适配，然后将设计分割为多个便于 识别的逻辑小块形式映射到器件相应的宏单元 中。如果整个设计较大，不能装入一片器件时， 可以将整个设计划分（分割）成多块，并装入 同一系列的多片器件中去。分割可全自动、部 分或全部用户控制，目的是使器件数目最少， 器件之间通信的引脚数目最少。
1.3 FPGA的设计流程
1.3.1 可编程逻辑器件的一般设计流程
可编程逻辑器件的设 计过程是利用EDA开 发软件和编程工具对 器件进行开发的过程。 可编程逻辑器件的一 般设计流程如图1.3.1 所示，包括设计准备， 设计输入，功能仿真， 设计处理，时序仿真 和器件编程及测试等 七个步骤。
图1.3.1 可编程逻辑 器件的一般 设计流程
（1）原理图输入方式 （2）HDL（硬件描述语言）输入方式 （3）波形输入方式
（1）原理图输入方式
原理图输入方式是一种最直接的设计描述方式， 要设计什么，就从软件系统提供的元件库中调 出来，画出原理图。这种方式要求设计人员有 丰富的电路知识及对PLD的结构比较熟悉。其 主要优点是容易实现仿真，便于信号的观察和 电路的调整；缺点是效率低，特别是产品有所 改动，需要选用另外一个公司的PLD器件时， 就需要重新输入原理图，而采用硬件描述语言 输入方式就不存在这个问题。
4．设计处理
设计处理是器件设计中的核心环节。在 设计处理过程中，编译软件将对设计输 入文件进行逻辑化简、综合优化和适配， 最后产生编程用的编程文件。
（1）语法检查和设计规则检查
设计输入完成后，首先进行语法检查， 如原理图中有无漏连信号线，信号有无 双重来源，文本输入文件中关键字有无 输错等各种语法错误，并及时列出错误 信息报告供设计人员修改，然后进行设 计规则检验，检查总的设计有无超出器 件资源或规定的限制，并将编译报告列 出，指明违反规则情况以供设计人员纠 正。