FPGA 開發(fā)是定制設(shè)計(jì) FPGA 并開發(fā)具有所需功能的 IC 的過程。

FPGA是“Field Programmable Gate Array"的縮寫，是一種可以在開發(fā)現(xiàn)場對(duì)功能進(jìn)行編程的集成電路。 FPGA 具有大量的電路，例如運(yùn)算單元、存儲(chǔ)器、寄存器和簡單的邏輯電路。

如果不做任何修改，它只是一個(gè)沒有任何功能的電路陣列，但是通過組合內(nèi)部電路并設(shè)計(jì)邏輯電路，開發(fā)人員可以自由地添加他們想要的功能。

與 FPGA 類似，也有ASIC（專用集成電路）可以根據(jù)用戶的意愿進(jìn)行定制，但這些定制功能是在 IC 制造之前設(shè)計(jì)的。不僅設(shè)計(jì)和開發(fā)需要時(shí)間，而且產(chǎn)品一旦制成，就不可能在現(xiàn)場隨意改變其功能。

FPGA 開發(fā)用例

FPGA 開發(fā)對(duì)于電子設(shè)備和電路板（包括 IC）的開發(fā)至關(guān)重要。我們?cè)谕ㄐ拧⑵?、醫(yī)療設(shè)備、消費(fèi)設(shè)備等所有領(lǐng)域的電子設(shè)備開發(fā)領(lǐng)域開發(fā)FPGA。

能夠?qū)⒈匾墓δ芫幊痰紽PGA中，在電子設(shè)備上實(shí)際測試并反饋結(jié)果，這是FPGA開發(fā)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。開發(fā)時(shí)間比 ASIC 設(shè)計(jì)更短，更容易返工和調(diào)整。

另一個(gè)缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本比ASIC更高，因此一直有在開發(fā)階段使用FPGA，然后在設(shè)計(jì)完成后將ASIC安裝到最終產(chǎn)品上的趨勢(shì)。然而，隨著近年來半導(dǎo)體制造技術(shù)的進(jìn)步，F(xiàn)PGA的集成度越來越高，成本越來越低，并且FPGA在最終產(chǎn)品中的應(yīng)用案例也在不斷增加。

FPGA開發(fā)原理

FPGA開發(fā)流程與ASIC等其他IC開發(fā)流程基本相同。在ASIC開發(fā)中，制造部門負(fù)責(zé)原型制作過程，而在FPGA開發(fā)中，F(xiàn)PGA開發(fā)人員還進(jìn)行在實(shí)際芯片上實(shí)現(xiàn)程序的過程，這對(duì)應(yīng)于ASIC原型。

FPGA開發(fā)流程包括以下步驟。

1、規(guī)格確定

我們編制“規(guī)范"，例如FPGA要實(shí)現(xiàn)的功能、與包含F(xiàn)PGA的系統(tǒng)上其他部分的接口、時(shí)序約束等，并修剪符合規(guī)范的FPGA。

2、邏輯電路設(shè)計(jì)

邏輯行為是使用VHDL和Verilog-HDL等硬件描述語言來描述的。

3. 功能驗(yàn)證

進(jìn)行功能仿真以確保邏輯電路的正確運(yùn)行。

4. 編譯

根據(jù)HDL描述生成FPGA上由門組成的邏輯公式，然后優(yōu)化邏輯公式并生成網(wǎng)表。之后，將各個(gè)電路放置在實(shí)際的FPGA上，并確定電路之間的布線。這一系列的步驟稱為編譯。

5. 時(shí)序驗(yàn)證

根據(jù)布局和布線信息模擬物理延遲時(shí)間，并確認(rèn)滿足時(shí)序約束。

6. 下載

將生成的電路數(shù)據(jù)下載到FPGA。通過這個(gè)過程，原本只是一個(gè)門陣列的FPGA變成了開發(fā)者想要的電路。

7. FPGA運(yùn)行驗(yàn)證

操作FPGA并確認(rèn)不存在功能缺陷或性能不足。運(yùn)行驗(yàn)證有兩種方法：將FPGA安裝在評(píng)估板上并運(yùn)行評(píng)估模擬，以及將FPGA實(shí)際安裝在系統(tǒng)中并運(yùn)行的實(shí)際驗(yàn)證。由于實(shí)際器件驗(yàn)證所需的驗(yàn)證時(shí)間較短，適合大門規(guī)模的FPGA。