FPGA進行開發(fā)嵌入式系統(tǒng)中用的幾個發(fā)展方向

　　Altium Designer拓寬了板級設(shè)計的傳統(tǒng)界限，將FPGA與PCB設(shè)計集成在一起，同時支持原理圖輸入和HDL硬件描述輸入模式；同時支持基于VHDL的設(shè)計仿真，混合信號電路仿真、布局前/后信號完整性分析。PCB版圖設(shè)計中的布局布線采用完全規(guī)則驅(qū)動模式，并且在PCB布線中采用了無網(wǎng)格的Situs拓撲邏輯自動布線功能；同時，將完整的CAM輸出功能的編輯結(jié)合在一起。

　　Altium Designer支持PCB與FPGA引腳的雙向同步，提供完善的混合信號仿真、布線前后的信號完整性分析功能，提供了對高密度封裝(如BGA)的交互布線功能。

　　在原理圖部分，Altium Designer新增的特性包括：文件管理功能，多層次、多通道的原理設(shè)計，可自動標注元器件，FPGA引腳配置導(dǎo)入，原理圖環(huán)境中的PCB規(guī)則定義，豐富的集成庫，改善的編輯、查詢和可視化。

　　FPGA引腳配置導(dǎo)入功能允許管腳約束文件，管腳定義可以直接來源于FPGA器件商的引腳約束文件，同時提供對引腳名稱和電氣類型定義的支持；不再強調(diào)必須在Altium Designer環(huán)境下完成包括FPGA內(nèi)部邏輯電路設(shè)計在內(nèi)的一體化系統(tǒng)設(shè)計。

　　在PCB部分提供了完整的由規(guī)則驅(qū)動的PCB設(shè)計環(huán)境；支持高速設(shè)計，具有成熟的布線后信號完整性分析工具；支持差分對布線；支持BGA封裝器件的逃溢式扇出功能；支持漢字輸入；支持任意可配置引腳定義器件的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化功能；Orcad、PADS、AutoCAD和其他軟件的文件導(dǎo)入和導(dǎo)出功能；完整的ODB++/Gerber CAM-系統(tǒng)使得用戶可以重新設(shè)計原有的設(shè)計，彌補設(shè)計和制造之間的差異。PCB部分還支持布局優(yōu)化、布線功能優(yōu)化、PCB板的3D顯示、FPGA的全面協(xié)同、CAM輸出。

　　Altium Desigenr內(nèi)嵌的仿真軟件兼容XSPICE/PSPICE電路仿真模型，它能將仿真結(jié)果以波形的方式顯示，可進行混合電路仿真和仿真波形顯示，支持多種仿真模型。在信號完整性分析部分，提供了消除反射和串擾分析功能，

　　在Altium Designer中，用戶可以用圖形化的方式來完成整個設(shè)計流程，系統(tǒng)自動調(diào)用FPGA廠商提供的工具進行布局布線，設(shè)計環(huán)境中的集中過程控制和監(jiān)測功能使得信息能夠得到及時反饋從而實現(xiàn)交互式設(shè)計與調(diào)試。

　　使用“虛擬儀器”元件，工程師可以在原理圖級將“虛擬儀器”連入設(shè)計；FPGA編程后，可以從外部控制；可以實時觀察FPGA發(fā)生的情況；調(diào)試時使用JTAG 邊界掃描檢驗FPGA的信號；用Nexus協(xié)議和虛擬儀器進行通信并對設(shè)計進行調(diào)試。

　　Altium Designer還提供了大量通用的預(yù)驗證的IP Core，支持通用IP Core 的設(shè)計，并且支持第三方提供的IP Core 。通過與Nanoboard NB1系統(tǒng)驗證板的結(jié)合，可進行實時設(shè)計，從而實現(xiàn)獨立于目標器件的FPGA設(shè)計。

　　Altium公司的這種設(shè)計方法，將硬件、軟件和可編程硬件等領(lǐng)域均被統(tǒng)一在單一的開發(fā)系統(tǒng)內(nèi)，可以完全控制和同步從概念構(gòu)想到完成實施的整個設(shè)計流程。

　　這種一體化開發(fā)流程的缺點是，盡管非常方便易用，但軟件的各個部分在性能和功能上無法全部做到領(lǐng)先，在驗證、功能設(shè)計、PCB設(shè)計等方面要弱于一些專業(yè)性的或FPGA廠商自己的軟件，在需要針對器件進行非常細致的優(yōu)化以取得最佳性能時，Altium Designer就未必是最佳選擇了。

　　定位不同的硬件開發(fā)板

　　同軟件定位不同一樣，目前眾多的硬件開發(fā)電路板的市場定位也是不同的。主流的FPGA廠商均推出了自己的開發(fā)板，為了市場推廣和銷售的需要，他們也和一些大的經(jīng)銷商合作推出開發(fā)板，更容易利用經(jīng)銷商在價格和渠道上的優(yōu)勢。

　　Xilinx公司的主要經(jīng)銷商安富利公司開發(fā)了很多FPGA開發(fā)板，在功能上更加豐富，在定價和促銷上也更靈活。如，安富利推出的Virtex-4 FX PCI Express開發(fā)工具套件和Virtex-5 LX開發(fā)工具套件。

圖 Virtex-4 FX PCI Express開發(fā)套件

　　找到精確滿足開發(fā)人員需求的FPGA開發(fā)基板是非常困難的，在基板上添加子板是一個不錯的方法。安富利推出的EXP擴展標準使設(shè)計人員在原型設(shè)計時候可以通過子卡添加多種功能，滿足FPGA開發(fā)板的不同要求，免費提供給設(shè)計工程師用于定制基本板和擴展模塊。使用EXP模塊的好處是成本低、靈活性高、易于制作原型。在結(jié)構(gòu)上，半長EXP模塊可提供84個用戶I/O、32個單端信號、22個差分信號、單端時鐘輸入和輸出、差分時鐘輸入和輸出，單端和差分信號的最高頻率分別是200MHz和700MHz。

　　安富利提供的EXP模塊包括：視頻預(yù)處理模塊、高速ADC模塊、高速DAC模塊、ADI公司的EXP適配器模塊。有全長(126mm×80mm)和半長(108mm×80mm)兩種尺寸，采用Samtec公司高性能的QTE/QSE連接器。