面向FPGA的EDA工具突破復(fù)雜性屏障

如今，工程師們也需要可靠的綜合工具來(lái)開發(fā) FPGA 設(shè)計(jì)，而且大多數(shù)支持 ASIC 綜合的 EDA 廠商也提供 FPGA 工具。以印制電路板開發(fā)為主要市場(chǎng)的其它公司，如Altium公司 和 Aldec 公司，也已經(jīng)認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)師必須采用系統(tǒng)方法來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。工程師再也不能把 FPGA 看作一個(gè)對(duì)電路板的其余部分沒有影響的單獨(dú)系統(tǒng)。EDA 公司正在提供無(wú)縫集成制造商專用的后端 FPGA 工具的流程。雖然這些工具的價(jià)格一般比 FPGA 廠商提供的工具更貴，但它們卻具有更多的功能，并能使設(shè)計(jì)師的工作與 FPGA 廠商無(wú)關(guān)。除了方便 FPGA 器件與印制電路板集成的產(chǎn)品以外，傳統(tǒng)的 EDA 廠商已經(jīng)把精力集中在驗(yàn)證和綜合領(lǐng)域，把它們看作最適合第三方支持的兩個(gè)市場(chǎng)段。

設(shè)計(jì)驗(yàn)證用在 IC 開發(fā)費(fèi)用中占最大的比例，而且由于設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和規(guī)模隨著可用器件的精密復(fù)雜程度而提高，正在成為一筆很大的FPGA設(shè)計(jì)費(fèi)用。當(dāng)受過 ASIC 開發(fā)培訓(xùn)的工程師較多地轉(zhuǎn)向 FPGA 器件時(shí)，他們往往傾向于使用他們熟悉的硬件描述語(yǔ)言。Verilog 在 FPGA 市場(chǎng)中一度幾乎不存在，現(xiàn)在正在獲得市場(chǎng)份額。Bluespec公司 和 Mentor Graphics公司都支持 Verilog 的最新版本SystemVerilog。Mentor Graphics公司 的 ModelSim 仍是 FPGA 市場(chǎng)上最受歡迎的邏輯仿真器。它支持設(shè)計(jì)師目前可獲取的所有硬件描述語(yǔ)言。Cadence 公司的 Incisive 仿真平臺(tái)和 Synopsys 公司的 VCS 主要用于那些已經(jīng)把 FPGA 設(shè)計(jì)納入傳統(tǒng) ASIC 設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)流程。

此外,工程師們正在開始使用那些支持更高級(jí)別抽象的設(shè)計(jì)語(yǔ)言，比如 C語(yǔ)言 及其面向硬件的通用術(shù)語(yǔ)，以及 MathWorks 公司的 Matlab。Mentor公司 已推出的 Catapult C，使設(shè)計(jì)師能綜合各種用 untimed C 描述的設(shè)計(jì)。Catalytic 公司提供的一種產(chǎn)品讓那些使用 Matlab 的設(shè)計(jì)師能把一種浮點(diǎn) DSP 算法轉(zhuǎn)化成定點(diǎn)算法。使用任何可用于 FPGA 器件的 DSP 芯核的工程師都需要定點(diǎn)算法，而 Catalytic 使他們能夠驗(yàn)證兩種實(shí)現(xiàn)方法在 Matlab 環(huán)境中是等效的。FPGA 的在線調(diào)試提出了幾項(xiàng)挑戰(zhàn)。例如，時(shí)鐘速度可能超過 200MHz，設(shè)計(jì)可能有多個(gè)電路以不同時(shí)鐘速度運(yùn)行。Agilent Technologies 公司已推出 16900 系列邏輯分析儀來(lái)解決各種問題，比如與被測(cè)器件連接、動(dòng)態(tài)探測(cè)、查看并分析各種格式的系統(tǒng)行為。

綜合

隨著器件復(fù)雜性的增加，設(shè)計(jì)師需要更精密復(fù)雜的綜合工具。雖然仍然可以僅利用邏輯綜合來(lái)開發(fā)正確功能的 FPGA，但最精密復(fù)雜的設(shè)計(jì)則要求工程師們也使用物理綜合來(lái)滿足定時(shí)要求。物理綜合不同于邏輯綜合，這是因?yàn)槲锢砭C合在進(jìn)行電路優(yōu)化的同時(shí)，還要考慮最終的芯片布局。物理綜合能對(duì)各種芯片布局進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，找出最能滿足要求的布局，從而能處理更復(fù)雜的定時(shí)要求。除了第三方工具以外，Altera 公司和 Xilinx 公司還都提供自己的邏輯綜合產(chǎn)品。Actel 公司和 Lattice 公司寧愿只提供第三方工具。

Mentor Graphics 和 Synplicity 這兩家EDA廠商統(tǒng)治著 FPGA 邏輯綜合和物理綜合市場(chǎng)。直到最近，Synplicity 公司還只專注于 FPGA 市場(chǎng);只是在最近一兩年里，它才把興趣擴(kuò)大到結(jié)構(gòu)化 ASIC 器件和傳統(tǒng) ASIC 器件。

該公司提供的產(chǎn)品有：Synplify，一種邏輯綜合工具; Synplify Pro，這是一種功能更強(qiáng)大的Synplify版本;Amplify，它在 Synplify Pro上增加了物理綜合功能。Mentor Graphics 公司涉足 FPGA 開發(fā)工具市場(chǎng)已有多年了，但在提供有競(jìng)爭(zhēng)力的綜合產(chǎn)品方面行動(dòng)遲緩。憑借其 Precision 綜合工具，該公司收復(fù)了被 Synplicity 公司奪去的地盤。

《Dataquest 公司2003 市場(chǎng)趨勢(shì)》這一研究報(bào)告稱， Synplicity 公司在 FPGA 綜合市場(chǎng)上所占的份額為 44%， Mentor Graphics公司所占的份額為 43%。在 ASIC 市場(chǎng)上無(wú)可爭(zhēng)議地居領(lǐng)導(dǎo)地位的Synopsys公司，在 FPGA 領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)落在后面，居第三位。只要 ASIC 器件和 FPGA 器件的功能大不相同，各廠商就會(huì)指派不同的設(shè)計(jì)師小組來(lái)從事這兩類器件的開發(fā)。雖然 Synopsys 公司以前曾兩次試圖進(jìn)入 FPGA 市場(chǎng)，但都不成功，最后放棄了努力。不過，隨著 FPGA 廠商開始使用 130 納米工藝和 90 納米工藝，F(xiàn)PGA 的性能證明它們既適合于 ASIC 原型開發(fā)，又可在早期生產(chǎn)中作為 ASIC 替代品。因此，F(xiàn)PGA 設(shè)計(jì)師也從事 ASIC 設(shè)計(jì)就變得很普遍了。Synplicity 公司和 Mentor Graphics 公司都已擴(kuò)充了各自的 FPGA 工具來(lái)滿足 ASIC 市場(chǎng)的部分需要。因此，Synopsys公司再次提供 FPGA 綜合工具是順理成章的。DC FPGA 公司憑借其流行而又成功的 Design Compiler 綜合產(chǎn)品分享前端市場(chǎng)，并把參與 FPGA 開發(fā)的 ASIC 設(shè)計(jì)師作為目標(biāo)。Magma 公司也因推出 Palace 而進(jìn)入了 FPGA 物理綜合市場(chǎng)，因?yàn)镻alace是 Actel 公司提供的第三方工具套件的一部分。Bluespec 推出了一種支持SystemVerilog的綜合產(chǎn)品，SystemVerilog是 Verilog 市場(chǎng)上擬議中的最新標(biāo)準(zhǔn)。

就實(shí)現(xiàn)某些DSP 功能，尤其是利用并行操作的算法來(lái)說，F(xiàn)PGA可能是有效的。很多 DSP 設(shè)計(jì)師不熟悉 EDA 工具。他們利用 MathWorks 公司的 Matlab 和 Simulink 來(lái)開始算法開發(fā)，然后再把設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成使用一個(gè) DSP 和某些嵌入式軟件的硬件實(shí)現(xiàn)方法。兩年前Accelchip 公司推出的一種產(chǎn)品，能使工程師用 Matlab 和 Simulink 來(lái)開發(fā)并驗(yàn)證各種算法，然后用 FPGA 實(shí)現(xiàn)電路，無(wú)須用人工方法，用 VHDL 或 Verilog 重新實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。Synplicity 公司最近推出的 Synplify DSP，還能使設(shè)計(jì)師利用 Matlab 和 Simulink 來(lái)開始算法開發(fā)，然后生成能輸入到綜合工具中的 RTL 代碼。Altera 公司的客戶能使用該公司內(nèi)部開發(fā)的 DSP Builder 來(lái)把各自的 Matlab 和 Simulink 設(shè)計(jì)鏈接到 Quartus II 環(huán)境。