FPGA在ASIC设计流程中的应用(精)

第 29卷第 6期 V ol. 29, N o. 6

微电子技术

MICR OE LECTR ONIC TECHN OLOG Y

总第 142期 2001年 12月

产品与应用

FPG A 在 ASIC 设计流程中的应用

谢长生 , 徐睿

(信息产业部第 58研究所 , 江苏无锡 214035

摘要 :本文介绍了 FPG A 器件在 ASIC 芯片开发中的应用 , 通过仿 ASIC 的 FPG A 在系统验证板在实际硬件环境中的验证可以弥补 ASIC 设计流程中仿真的不足 , 通过该验证也可以加快 ASIC 设计且降低由于逻辑问题所造成 ASIC 开发中的成本损耗。

关键词 : FPG A 应用 ; ASIC 设计 ; 在系统验证

中图分类号 :T N43112文献标识码 :A 文章编号 :20147(

in ASIC Design

Chang -sheng , X U Rui

(Wuxi Microelectronics Institute , Wuxi Jiangsu , 214035, China

Abstract : The application of FPG A devices in ASIC design is introduced in the paper. It can make com pensation to the simulation of ASIC design flow to verify in real running environment by using FPG A Verify 2 in 2System board. It can als o reduce the cost of ASIC development due to logical problems.

K eyw ords : Application of FPG A ; ASIC design ; Verify 2in 2System

1引言

ASIC (专用集成电路器件具有设计自由度大、芯片中没有无用的单元或晶体管、芯片面积小、性能高、大批量生产时成本低的特点 , 被大量地应用于电子工业各领域。但传统的 ASIC 设计存在着开发周期长、投片成本大 , 特别是在一次投片不成功情况下需要重新改版的情况。 FPG A (现场可编程逻辑阵列是目前大量运用于电子系统设计中的器件 , 该器件是在 ASIC 器件的基础上发展起来的 , 具有 ASIC 器件的高密度、高性能和可编程器件灵活编程的特点。当今 , FPG A 已成为半导体产品市场上发展最快的领域之一。

FPG A 器件的应用可以使设计工程师快速实现和修改硬件的功能 , 以极快的时间推出系统原型。同时由于 FPG A 的灵活性 , 使其产品极易适应各种不同的应用领域 , 极易由用户自行配置 , 使其在维持硬件原有水平的同时 , 能够根据实际的需要或者变化进行调整。目前 FPG A 已大量应用于通讯、计算机、视听、医疗电子等设备中。据 Dataquest 目前发布的一份预测报告显示 , 到 2003年 , 世界用户专用器件市场将出现 ASIC 、 FPG A 、 CP LD 三足鼎立、龙争虎斗之势。现今 FPG A 的门数已高达数百万系统门 , FPG A 的主要供应商有 X ilinx 、 Altera 、Actel 和 Cypress 等。

FPG A 器件灵活的可编程特性能否在 ASIC 开发流程中得到应用呢 ? 答案是肯定的。

通常的 ASIC 开发流程是逻辑设计、前仿真及 QT V 分析、版图设计、后仿真及 LVS 、 DRC 、 ERC 、

收稿日期 :2001-10-18

测试向量生成、图形生成 , 其后是掩膜、制造、封装、测试。在 ASIC 设计流程中 , 仿真阶段所花费的时间是最长的 , 然而由于有时仿真向量大、需要模拟电路工作时间长 , 仿真软件的效率、计算机硬件资源的有限 , 通过软件进行仿真还是有限制的。例如 , 笔者所做的一个 C DMA (码分多址信号处理器 , 仅仿真用户所要求仿真时序的 1/20时 , 仿真数据就已高达一百多兆 , 仿真时间长达 10小时 , 最后采用化整为零、功能分块的方法将电路基本功能仿真了一遍 , 然而不能排除电路、功能串起来之后电路没有问题 , 更不能排除电路潜在的 Bug 存

在。实际芯片工作时 , 电路有时会进入到预想不到的状态 , 这一点软件仿真并不能周详地考虑到。

因此 , 在传统的 ASIC 设计流程中 , 如果能够尽早地查出电路功能和电路时序中的错误特别是潜在的 Bug , 那么将对加快设计、降低成本带来益处。在此我们引进了仿 ASIC 的 FPG A 在系统验证 (称 FPG A 在系统验证。

FPG A :● ● 部分电路时序验证 , 潜在的 Bug 发现● 逻辑综合过程验证● 加快设计流程 , 减少重新制版几率 , 降低成本● 加快系统厂商的系统产品开发● 方便系统厂商对逻辑功能全面确认

2 FPG A 器件介绍

FPG A 由一个逻辑块阵列构成 , 其四周环绕着 I/O 块 , 借助于可编程方式把这些微小的逻辑块连

接起来以实现复杂的逻辑运算。一般的 FPG A 都具

有成千上万个逻辑块以及一定数量的触发器。 FPG A 的逻辑块有粗粒和细粒之分。粗粒结构的逻辑块较大 , 含有两个以上的查询表和触发器 , 这种

FPG A 器件比较适合于高性能应用。细粒结构的逻辑块相对较小 , 含有一个 2输出功能块、一个 4至 1多路器和一个触发器。

FPG A 具有时钟功能适于逻辑合成设计。高密度的 FPG A 采用 SRAM 或者反熔丝编程工艺 , 后者集成了一次可编程 (OTP 技术 , 因此其内部效率较高。

我们在系统验证板所采用的 FPG A 是 X ilinx 公司的 Virtex 215V , 该系

122

, 有 4个专 , 200MH z ,

5万至 100万门 , 内嵌 Block RAM , 在我们完成的两块 FPG A 在系统验证板中分别采用了 XC V300和 XC V150。

3 FPG A 在系统验证在 ASIC 开发流程

中的位置

通常 ASIC 的开发流程如图 1所示