集成电路设计流程总体要求

规则地排列成一个阵列，散布于整个芯片中；可
编程输入/输出模块（IOB）主要完成芯片上的逻
辑与外部引脚的接口，它通常排列在芯片的四周；
可编程互连资源（IR）包括各种长度的连线线段
和一些可编程连接开关，它们将各个CLB之间或
CLB与IOB之间以及IOB之间连接起来，构成特定
功能的电路。
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FPGA的基本结构图
集成电路设计方法
• 对于具体的集成电路，一般采用全定制设 计方法或各种专用集成电路的设计方法。
• 全定制设计方法用于通用数字、模拟、数模混合 集成电路。例如：通用微处理器、存储器等。
• 专用集成电路（Application-Specific Integrated Circuit）：针 对某一应用或某一客户的特殊要求而设计的集成 电路，其特点是品种多、批量小、单片功能强， 例如：玩具用芯片、通信专用芯片、语音芯片等。
• FPGA为非连续式布线，CPLD为连续式布线。FPGA
器件在每次编程时实现的逻辑功能一样，但走的路线
不同，因此延时不易控制，要求开发软件允许工程师
对关键的路线给予限制。CPLD每次布线路径一样，
CPLD的连续式互连结构利用具有同样长度的一些金属
线实现逻辑单元之间的互连。连续式互连结构消除了
分段式互连结构在定时上的差异，并在逻辑单元之间
• 半定制，FPGA
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主流ASIC EDA研发商
• 开发商有Mentor Graphics、Cadence, Synopsys等。
• 其开发工具众多，按照功能主要分为设计 输入、综合、版图设计、静态时序分析、 动态时序分析、功耗估计、可测性分析等。
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现场可编程门阵列（FPGA）的基本原理
FPGA出现在20世纪80年代中期，与阵列型PLD有 所不同，FPGA由许多独立的可编程逻辑模块组成，用 户可以通过编程将这些模块连接起来实现不同的设计。
FPGA作为主控芯片三——嵌入式系统
简单地讲，就是在FPGA内部放置了一个或多个CPU 放置在FPGA内部的CPU有两种形式，第一种是硬核， 出厂固定，无法更改。第二种是软核，可进行软件配置， 可以通过软硬件相结合的方式，提高整体系统结构的灵 活性，便于日后的升级和改进。 系统可裁剪。
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FPGA的主要应用领域
FPGA作为主控芯片二——DSP处理
FPGA主要利用片内的乘加器模块。 基于硬件的并行处理，多个乘加模块可以在一个时 钟周期内同时进行。具有更大的数据吞吐量。 FPGA的灵活性配置，使得数据的位宽可以调整。 满足不同的设计需要。
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FPGA的主要应用领域
提供快速且具有固定延时的通路。CPLD的延时较小。
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FPGA的主要应用领域
FPGA作为主控芯片一——数字逻辑
单纯的数字逻辑，没有CPU和总线。 支持非常广泛的接口标准（PCI-E、SPI、I2C）。 接口的转换。 算法简单重复计算和数据量庞大的并行计算。 快速的乘加处理。 EDA实验
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FPGA器件具有高密度、高速率、系列化、标准化、 小型化、多功能、低功耗、低成本，设计灵活方便，可 无限次反复编程，并可现场模拟调试验证等特点。
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FPGA由可编程逻辑块（CLB）、输入/输
出模块（IOB）及可编程互连资源（PIR）等三种
可编程电路和一个SRAM结构的配置存储单元组
成。CLB是实现逻辑功能的基本单元，它们通常
• 生成下载文件，进行板级验证
• 器件编程
• 电路调试
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典型的FPGA设计流程
table)构成。
输入A 输入B 输入C 输入D
0
函数发生器基于查找 表单元：
000
0
1
输入1 输入2 输入3
查找表 LUT
16× 1 RAM
输出
010 0
0
输入4
00
0
1
1
多路选择器
查找表 输出
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2．输入/输出模块（IOB）
IOB主要由输入触发器、输入缓冲器和输出触发/锁存 器、输出缓冲器组成，每个IOB控制一个引脚，它们可 被配置为输入、输出或双向I/O功能。
IOB
IOB
IOB
IR
IR
IR
IR
IOB
CLB
CLB
CLB
wk.baidu.comIOB
IR
IR
IR
IR
IOB
CLB
CLB
CLB
IOB
IR
IR
IR
IR
IOB
CLB
CLB
CLB
IOB
IR
IR
IR
IR
IOB
IOB
IOB
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1．可编程逻辑块（CLB）
CLB主要由逻辑函数发生器、触发器、数据选择器等电
路组成。逻辑函数发生器主要由查找表LUT(look up
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典型FPGA应用设计流程
系统设计
系统验证
算法设计 RTL设计
算法验证 RTL验证
EDA工具辅助 完成
逻辑综合
布局布线
后仿真
数据流下载
硬件验证
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典型的FPGA设计流程
• 电路功能设计
• 设计输入
• 前仿真（功能仿真）
• 综合(优化、综合、映射)
• 综合后仿真
• 布局布线
• 后仿真（时序仿真）
3．可编程互连资源（PIR）
PIR由许多金属线段构成，这些金属线段带有可 编程开关，通过自动布线实现各种电路的连接。实
现FPGA内部的CLB和CLB之间、CLB和IOB之间的 连接。
XC4000系列采用分段互连资源结构，按相对长度
可分为单长线、双长线和长线等三种。
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FPGA与CPLD的区别
• FPGA采用SRAM进行功能配置，可重复编程，但系 统掉电后，SRAM中的数据丢失。因此，需在FPGA 外加EPROM，将配置数据写入其中，系统每次上电 自 动 将 数 据 引 入 SRAM 中 。 CPLD 器 件 一 般 采 用 EEPROM存储技术，可重复编程，并且系统掉电后， EEPROM中的数据不会丢失，适于数据的保密。
• FPGA器件含有丰富的触发器资源，易于实现时序逻 辑.如果要求实现较复杂的组合电路则需要几个CLB结 合起来实现。CPLD的与或阵列结构，使其适于实现大 规模的组合功能，但触发器资源相对较少。
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• FPGA为细粒度结构，CPLD为粗粒度结构。FPGA内 部有丰富连线资源，CLB分块较小，芯片的利用率较高。 CPLD的宏单元的与或阵列较大，通常不能完全被应用， 且宏单元之间主要通过高速数据通道连接，其容量有 限 ， 限 制 了 器 件 的 灵 活 布 线 ， 因 此 CPLD 利 用 率 较 FPGA器件低。