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版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007ActelFlashFPGA北京立功致远科技有限公司耿天祥版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识目录目录FPGA相关知识FPGA与相关技术基于FPGA的设计FPGA的应用领域FPGA厂商介绍Actel版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识FPGA发展历史194519501955196019651970197519801985199019952000晶体管通用集成电路SRAM&DRAM微处理器SPLDCPLDASICFPGAFPGA即现场可编程门阵列，是一种可以编程的数字集成电路IC，它起源于20世纪80年代。版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识FPGA发展历史随着EDA技术的发展，电子技术已从原来简单的晶体管技术发展到现在拥有上百万门的FPGA技术。版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识可编程逻辑器件第一个可编程的IC是在20世纪70年代以PROM的形式出现的，通常被称为可编程逻辑器件PLD。FPGA也是PLD的一种，它通过互连线将内部的各个模块进行连接，完成所需要的功能。版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识可编程逻辑器件反熔丝在施加电压之前是断开的，当施加电压后形成导体。反熔丝器件的缺点是：不可重复编程，而且需要特定的编程器来对其编程；其芯片使用特定的封装，还需要与其配套的插座才能编程并且编程需要很高的电压。版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识可编程逻辑器件E2PROM即电可擦除可编程ROM，该晶体管类似于MOS管的结构，与之不同的是它增加了一个称为浮栅的多晶硅，并在浮栅上增加了一个隧道二极管，用于电擦除存储单元。二氧化硅硅衬底版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识可编程逻辑器件现在的FPGA大多采用SRAM技术，由4~6个MOS管组成一个SRAM结构的开关，它主要缺点是掉电的时候数据会丢失，外部需要一个价格昂贵的配置芯片，配置一般需要几百毫秒的时间。版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识可编程逻辑器件Flash技术是E2PROM技术的一种特殊形式，也是由浮栅型场效应管构成的。它与SRAM相比主要优点是：掉电后数据不会丢失，不需要昂贵的配置芯片，并且单个开关晶体管数目比SRAM少4个，这大大减少了布线的面积，降低了功耗。版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识可编程逻辑器件可编程逻辑器件按规模划分为低密度可编程逻辑器件和高密度可编程逻辑器件。版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识可编程逻辑器件它的主要组成部分有：输入/输出控制单元、宏单元和互连矩阵。宏单元的基本结构与简单的PLD相同，用来实现基本的逻辑功能。CPLD集成度低，内部最大只有512个宏单元；触发器资源较少，难以实现复杂的时序逻辑设计；功耗很大，成本高。缺点：版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识可编程逻辑器件是可编程逻辑阵列，内部资源从几万门到几百万门。无论是组合逻辑资源还是时序逻辑资源都相当的丰富，所以利用FPGA我们可以设计更为复杂的系统。FPGA特点：集成度高，内部资源庞大；设计周期短，灵活性强；速度快，功耗低。版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识FPGA结构FPGA器件的结构非常类似于门阵ASIC（专用集成电路），但是FPGA芯片没有任何定制的掩膜层，它属于半定制电路。可编程逻辑块CLB基本的可编程逻辑块有两种，分别为基于多路选择器的，另一种是基于查找表的。不过对于Actel的FlashFPGA来说，它的最小编程单元成为Tile。版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识FPGA结构可编程I/O块可编程的输入/输出模块IOB为芯片外部封装管脚和内部逻辑提供连接接口。每个IOB可控制一个封装管脚，可配置成输入、输出和双向口。FPGA器件的结构非常类似于门阵ASIC（专用集成电路），但是FPGA芯片没有任何定制的掩膜层，它属于半定制电路。版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识FPGA结构FPGA器件的结构非常类似于门阵ASIC（专用集成电路），但是FPGA芯片没有任何定制的掩膜层，它属于半定制电路。可编程互联资源通过可编程互联资源可以将CLB与CLB，CLB和I/O相互连接起来，通常有三类连线资源，即局部连线、长线资源和全局网络。版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识FPGA结构随着FPGA技术的发展，各个厂商所提供的资源也越来越丰富，比如说信号处理器DSP、锁相环PLL等。除了以上介绍的FPGA基本结构之外，FPGA中还提供了各种可用的嵌入式资源。嵌入式RAM嵌入式乘法器等嵌入式处理器核版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识目录目录FPGA相关知识FPGA与相关技术基于FPGA的设计FPGA的应用领域FPGA厂商介绍Actel版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识SRAM与FlashFPGA现在FPGA技术发展相对迅速，工艺水平不断地进步，目前FPGA主要有两种制造工艺，分别为SRAM型和Flash型。性能SRAMFPGAFlashFPGA配置芯片需要不需要功耗高低速度快比较快安全性差高抗辐射差好保密性中等好非易失性差好架构对比版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识FPGA与CPLDCPLD和FPGA都属于可编程的逻辑器件，有很多共同特点，但由于其结构上的差异，它们也有各自的特点。适合完成一些算法和组合逻辑适合完成一些时序逻辑设计通过修改具有固定内连电路通过改变内部连线的布线来编程集成度较低，逻辑资源少。集成度高，复杂的布线和逻辑。使用粗颗粒结构，其功耗大使用细颗粒结构，功耗低。CPLDFPGA版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识FPGA与ASIC在FPGA的发展史上，专用集成电路（ASIC）的实现方法对FPGA/CPLD的发展有着重要的影响。数字IC全定制IC半定制IC门阵IC标准单元IC结构化ICASIC版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识FPGA与ASIC在FPGA的发展史上，专用集成电路（ASIC）的实现方法对FPGA/CPLD的发展有着重要的影响。全定制性能，设计周期长设计周期短，更快地面市时间设计成本高，适合于大批量生产无临时花费(NRE)速度快，资源利用率高速度较快，资源利用率有限不可重复编程，实现专用功能可重复编程，可实现SOC版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识目录目录FPGA相关知识FPGA与相关技术基于FPGA的设计FPGA的应用领域FPGA厂商介绍Actel版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识基于FPGA的设计系统规范模块设计设计输入功能仿真综合布局布线时序验证配置下载系统设计规范HDL描述、IP核HDL描述、IP核时序/面积/功耗约束布局布线约束I/O引脚分配静态时序分析反标注文件(.sdf)下载位流文件设计流程版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识基于FPGA的设计设计方法借助于EDA工具实现高层次到底层次的变换；无论是功能设计还是具体实现都是自顶向上的；设计者可在更高层次上完成设计输入，缩短了设计周期；极大地提高了设计的效率和可靠性。自定向下（Top_Down）设计方法自低向上（Bottom_Up）设计方法版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识基于FPGA的设计设计方法具体实现过程是自底向上的，但功能设计是自顶向下的；这种设计方法效率较低，设计周期长；从最底层版图开始，经逻辑设计最终实现功能，适合于小规模电路设计。自定向下（Top_Down）设计方法自低向上（Bottom_Up）设计方法版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007以HDL代码的形式提供；不依赖于任何实现工艺或技术；具有很大灵活性，可重用性很好。FPGA的基础知识基于FPGA的设计基于IP核的设计IP核软核硬核固核版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007以集成电路版图的形式提供；经过实际工艺流片验证；依赖于某一特定实现工艺，在形态和性能上具有不可改变性FPGA的基础知识基于FPGA的设计基于IP核的设计IP核软核硬核固核版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007处于软核和硬核之间，以电路网表形式提供；采用硬件仿真器进行验证；FPGA的基础知识基于FPGA的设计基于IP核的设计IP核软核硬核固核版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识目录目录FPGA相关知识FPGA与相关技术基于FPGA的设计FPGA的应用领域FPGA厂商介绍Actel版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识FPGA的应用领域在工艺不断进步的推动下，FPGA产品在逻辑密度、性能和功能上有了极大的提高，同时器件成本的大幅下降，也使得电子设计工程师逐渐倾向于在越来越多的设计方案中采用可编程逻辑器件。在突破了低功耗、低成本以及先进工艺的瓶颈后，FPGA不断以其可编程和灵活性向更多领域渗透。版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识FPGA的应用领域应用一：通信领域无线通信业，软件无线电（SDR）、蜂窝基础设施、高速DSP技术、第三代通信（3G）技术等。有线通信业，主要有以太网MAC、接入流处理、通用前端、架构接口等。版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识FPGA的应用领域应用二：医疗及消费电子领域医疗：如电疗、血液分析仪、医疗检测设备、诊断成像、心率处理等。消费电子业：显示器/投影仪、数字电视和机顶盒、家庭网络、DVD播放/刻录机、PDA等便携式娱乐设备等。版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识FPGA的应用领域应用三：汽车电子领域现在汽车电子业正在以惊人的速度发展着，它的电子市场潜力很大，FPGA在该领域的应用数量也不断的增长。汽车电子应用有车载数据采集、ECU硬件在环仿真、车载PC、图形处理、车载音频处理等。版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识FPGA的应用领域应用四：工业及数据处理领域工业：工业自动控制、工业以太网等。数据处理：数据存储、高性能计算、服务器、PCI、PCIExpress、PS/2、USB等接口控制器、电平转换等。版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识FPGA的应用领域应用五：军事与航空航天领域军事：雷达和声纳、电子站、安全通信等航空航天：导航、高速数据处理、无线控制等版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007FPGA的基础知识目录目录FPGA相关知识FPGA与相关技术基于FPGA的设计FPGA的应用领域FPGA厂商介绍Actel版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007Actel单芯片的FPGA领导性厂家业界唯一一家提供Flash架构的FPGA厂家美国军方的合作伙伴，占据了90%以上的航天航空的FPGA市场份额安全性、可靠性、低功耗的FPGA设计领域的专家FPGA的基础知识FPGA厂商简介Actel版板所有©广州周立功单片机发展有限公司2007过去十年来，Actel的FPGA已经用于超过300个太空计划，其中包括GPS、Echostar、国际太空站、火星探路者、火星探测登陆车1号和2号、火星快车，以及哈勃太空望远镜等，单在火星探测登陆车的项目中，就使用了总共56个ActelFPGA。火星快车火星