FPGA新进展

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1、摘要摘要随着生产规模的提高,产品应用成本的下降，FPGA的应用已经不是过去的仅仅适用于系统接口部件的现场集成，而是将它灵活地应用于系统级(包括其核心功能芯片)设计之中。在这样的背景下，国际主要FPGA厂家在系统级高密度FPGA的技术发展上，主要强调了两个方面：FPGA的IP(Intellec2tualProperty，知识产权)硬核和IP软核。当前具有IP内核的系统级FPGA的开发主要体现在两个方面：一方面是FPGA厂商将IP硬核(指完成版图设计的功能单元模块)嵌入到FPGA器件中，另一方面是大力扩充优化的IP软核(指利用HDL语言设计并经过综合验证

2、的功能单元模块)，用户可以直接利用这些预定义的、经过测试和验证的IP核资源,有效地完成复杂的片上系统设计。关键字：FPGA，功耗，未来可编程器件，下一代HDL13目录目录第1章FPGA简要回顾11.1基本概念11.2FPGA工作原理1第2章FPGA历史发展回顾22.1XC4000系列22.2Virtex系列22.3Xilinx公司的Spartan系列FPGA22.4Xilinx公司FPGA最新系列——Virtex-532.5AlteraFLEX10K系列32.6Stratix系列42.7Altera最新产品——StratixIII系列4第3章功耗对于

3、FPGA发展的影响53.1功耗的组成53.1.1静态功耗53.1.2动态功耗6第4章降低FPGA功耗新方法7第5章未来FPGA发展85.1未来可编程器件的发展趋势85.1.1大容量、低电压、低功耗FPGA85.1.2系统级高密度FPGA85.1.3FPGA和ASIC出现相互融合85.1.4动态可重构FPGA85.2未来EDA设计方法的发展趋势95.2.1一体化工具和IP是发展方向95.2.2下一代HDL95.2.3Linux提速进入EDA领域10结束语10参考文献1113目录致谢1213第1章FPGA简要回顾第1章FPGA简要回顾1.1基本概念FPG

4、A（Field－ProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。1.2FPGA工作原理FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（LogicCellArray）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（ConfigurableLogicBlock）、输出输入模块IOB（InputOutputBlock）和内部连线（Interconnect）三个部

5、分。现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件。与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构，FPGA利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所

6、能实现的功能，FPGA允许无限次的编程.。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（LogicCellArray）这一新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（ConfigurableLogicBlock）、输出输入模块IOB（InputOutputBlock）和内部连线（Interconnect）三个部分。FPGA采用不同于PLD架构的设计方式，拥有较高的密度和容量，还具有I/O多、功耗低等优点，然而其布线复杂，亦导致时序延迟，且呈非固定式，延迟时间较长。FPGA的架构主要有SRAMBase及Anti-fuse两种设计模式，其中SRAMBase的特点是可重复编

7、程、低功耗、可进行系统重构；Anti-fuse由于具有一次烧录(OTP)的特性，可在保密性上提供较佳的保护，但也因此无法进行重复修改。13第2章FPGA历史发展回顾第1章13第2章FPGA历史发展回顾FPGA历史发展回顾目前PLD/FPGA供货商全部来自美国公司，主要是Xilinx、Altera、Lattice、Actel、Atmel等。其中以Xilinx和Altera的市场占有率最大，是最大的可编程集成电路供货商。ACTEL公司一直是世界反熔丝技术FPGA的领先供应商，是军品级和宇航级器件的主要供应商。本节主要介绍Xilinx和Altera产品系列

8、。[1]1.1XC4000系列1997年，Xilinx推出了当时业内最大的FPGAXC4085XL，用0.3