從硬件角度討論FPGA開發(fā)框架

　　這個(gè)層面的探討需要對FPGA架構(gòu)和資源的特性與功能有深入的認(rèn)識。因此應(yīng)該由經(jīng)驗(yàn)豐富的FPGA設(shè)計(jì)人員參與完成。在這個(gè)階段，您必須考慮與FPGA性能目標(biāo)、潛在風(fēng)險(xiǎn)因素和FPGA資源利用率。

　　在FPGA架構(gòu)定義階段，您有可能會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)級需求和架構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)，或是對實(shí)現(xiàn)在FPGA中而言存在高風(fēng)險(xiǎn)。在這種情況下您必須重新評估和更新系統(tǒng)架構(gòu)，以創(chuàng)建在FPGA中可實(shí)現(xiàn)的高級需求列表。

　　您應(yīng)問問自己現(xiàn)有IP哪些可供使用，還必須創(chuàng)建哪些IP.此外，您還需要檢查I/O需求，以及把時(shí)鐘域和時(shí)鐘特性映射到FPGA時(shí)鐘資源的方法。其他關(guān)鍵問題包括：如何在FPGA上布局千兆位收發(fā)器(GT)資源;在SSI器件中是否已考慮到交叉SLR數(shù)據(jù)流;目標(biāo)時(shí)鐘頻率對設(shè)計(jì)功能而言是否實(shí)際。最后，您還必須評估您設(shè)計(jì)的目標(biāo)性能對選擇的FPGA而言是否實(shí)際。

　　FPGA需求定義與劃分

　　FPGA需求定義和劃分階段與系統(tǒng)和FPGA架構(gòu)定義緊密關(guān)聯(lián)并受這兩個(gè)階段的決策左右。FPGA需求定義指定義準(zhǔn)備在FPGA中實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)需求，并用作明確的特性清單以供設(shè)計(jì)和測試工程團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)、測試和實(shí)現(xiàn)。FPGA需求定義與系統(tǒng)和FPGA架構(gòu)需求定義的不同之處在于FPGA需求是精確的。該清單定義了FPGA的細(xì)致要求，而不僅僅是系統(tǒng)的不同組件之間的功能劃分，或是穿越FPGA的數(shù)據(jù)流之間的功能劃分。

　　這個(gè)階段的目的是清楚地定義FPGA工程團(tuán)隊(duì)確切能實(shí)現(xiàn)和測試的內(nèi)容。在這個(gè)階段，用戶將把高級系統(tǒng)和FPGA架構(gòu)需求轉(zhuǎn)換成用于實(shí)現(xiàn)的具體需求。這樣做能夠帶來雙重好處。首先，單獨(dú)定義FPGA需求能突出強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)和FPGA架構(gòu)的任何局限以及之前未曾考慮到或未曾預(yù)見到的狀況。其次，該步驟將為FPGA設(shè)計(jì)的開發(fā)和測試的順利執(zhí)行鋪平道路。

　　為適當(dāng)?shù)孛枋鯢PGA需求，您必須建立清晰且簡明扼要的定義，以便提煉成單獨(dú)的需求。我們建議為各項(xiàng)需求添加標(biāo)簽或序號，使用易于判斷其能否實(shí)現(xiàn)的簡短描述來定義各項(xiàng)需求，避免用高級含糊的需求用語。只要足夠清晰扼要，您可以使用任何行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式或?qū)Ｓ懈袷健?/p>

　　避免使用含混或界定不清的用語，例如“快速”或“小型”。應(yīng)堅(jiān)持使用有明確目標(biāo)的用語，如“400MHz”或“4.2K觸發(fā)器”。這樣定義的目的旨在確保將文檔分配給之前不了解系統(tǒng)或FPGA架構(gòu)的開發(fā)工程團(tuán)隊(duì)進(jìn)行實(shí)施時(shí)不再需要反復(fù)澄清。您需要檢查每個(gè)需求是否表述清楚、簡潔、明確且是否包含了所有必需的信息以避免反復(fù)澄清的必要。此外，還應(yīng)該注意需求中是否包括管腳和I/O定義?是否所有的高級需求都已經(jīng)分解為基本設(shè)計(jì)要素?未參與早期系統(tǒng)架構(gòu)定義的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)是否能夠使用這些需求開發(fā)FPGA以及最后測試與驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)是否能使用該文檔開發(fā)測試平臺和制定測試方案，明確驗(yàn)證每一項(xiàng)需求是否通過。

　　FPGA設(shè)計(jì)規(guī)劃

　　該框架的這個(gè)階段用于為FPGA硬件的實(shí)際開發(fā)制定規(guī)劃，確保各項(xiàng)特性及開發(fā)工作的完成與整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)的其他部分協(xié)調(diào)一致。

　　這個(gè)階段的目標(biāo)是適當(dāng)?shù)匕旬?dāng)前的系統(tǒng)級需求、FPGA級需求和架構(gòu)體現(xiàn)到開發(fā)規(guī)劃中。在通過前面介紹的規(guī)劃階段之后，現(xiàn)在開發(fā)團(tuán)隊(duì)一般會面臨兩種情況。

　　第一種情況是系統(tǒng)與FPGA架構(gòu)以及需求理解良好，描述詳盡，最終，F(xiàn)PGA設(shè)計(jì)開發(fā)階段(即HDL編碼)和測試開發(fā)階段(仿真、測試臺)基本無需修改設(shè)計(jì)需求，順利執(zhí)行。

　　第二種情況是系統(tǒng)架構(gòu)和FPGA需求仍然處在變動中。這樣的設(shè)計(jì)會在設(shè)計(jì)開發(fā)周期和測試開發(fā)階段面臨眾多變數(shù)和修改。

　　雖然人人都想得到第一種情況的結(jié)果，但往往卻不能成功，最終落入第二種情況的境地。很明顯，這種情況更加難于管理。

　　設(shè)計(jì)規(guī)劃的總體目標(biāo)應(yīng)是在開發(fā)周期的這個(gè)階段實(shí)現(xiàn)第一種情況。在第一種情況中，F(xiàn)PGA的開發(fā)簡單直觀，只需為實(shí)現(xiàn)和測試設(shè)計(jì)特性安排進(jìn)度計(jì)劃。

　　在第二種情況中，最重要的管理工作是確保落實(shí)充分理解的流程，以便評估和決定應(yīng)該進(jìn)行哪些修改以及每種修改為總體開發(fā)進(jìn)度計(jì)劃帶來的影響如何。這里可以運(yùn)用多種項(xiàng)目管理理念和技巧。最重要的一點(diǎn)是完成上述修改評估和影響評估。

　　就專門的FPGA規(guī)劃和開發(fā)而言，F(xiàn)PGA的優(yōu)勢之一在于能夠多次修訂硬件平臺和多次把硬件平臺下載到原型PCB上。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)充分發(fā)揮這一功能的優(yōu)勢。因此建議的開發(fā)規(guī)劃是逐漸把特性添加到能夠工作的設(shè)計(jì)中。其思路是從能夠?qū)崿F(xiàn)主要通信接口的基本設(shè)計(jì)出發(fā)，無需實(shí)現(xiàn)全部需求就能工作。

　　這樣做能夠帶來雙重好處。首先可以確保隨時(shí)有一個(gè)可工作的設(shè)計(jì)，您可用來調(diào)試PCB和更大型系統(tǒng)。其次，調(diào)試實(shí)際的FPGA設(shè)計(jì)會簡單得多，因?yàn)榭梢詸z查新添加的特性，確保新添加的特性不會干擾或中斷當(dāng)前可工作的設(shè)計(jì)。

　　與FPGA設(shè)計(jì)開發(fā)同步，同樣重要的是為實(shí)現(xiàn)的FPGA設(shè)計(jì)準(zhǔn)備良好的仿真環(huán)境規(guī)劃。投資開發(fā)穩(wěn)健可靠的仿真環(huán)境，就可以復(fù)制現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)流，在仿真中重現(xiàn)出錯條件，迅速隔離和判斷根本原因，從而不僅能減少設(shè)計(jì)缺陷，還能顯著縮短實(shí)驗(yàn)室調(diào)試時(shí)間。

　　開發(fā)穩(wěn)健可靠的測試仿真環(huán)境和開發(fā)FPGA本身一樣復(fù)雜，需要視同開發(fā)FPGA一樣規(guī)劃和考量。