تنفيذ عملية التصميم المشترك FPGA / PCB

يعد التصميم الذكي لواجهة FPGA أمرًا ضروريًا عند استخدام أجهزة FPGA لتلبية متطلبات واجهة النظام الرائدة مثل DDR3. يمكن أن يؤدي تصميم واجهة FPGA بدون تكامل عملية PCB أو النظر في توجيه PCB إلى زيادة تكاليف PCB وأوقات التصميم الممتدة. المفتاح ، كما يوضح هذا المقال ، هو النظر الاتصال كأساس لعملية التصميم المشترك FPGA / PCB والعناصر الحاسمة المطلوبة للتنفيذ الفعال. الاتصال في هذا السياق هو حركة ثنائية الاتجاه لـ FPGA واجهة المعلومات بين مجالات FPGA و PCB.

يتيح تنفيذ أساس اتصال عملية فعال دمج FPGA بسرعة في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور. أحد المشتقات المهمة لحل التوصيل هو الإنشاء القابل للتكرار لتعريف واجهة FPGA الذي تم تحسينه لكل من FPGA و PCB. نتائج أساس الاتصال هذا هي انخفاض تكاليف التطوير وتحسين جودة ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

انتشار FPGA
أجهزة FPGA موجودة في كل مكان في تصميمات المنتجات الجديدة مع ما يقرب من 100000 تصميم يبدأ كل عام. لا أحد يجادل بأن هناك العديد من الفوائد التي تقدمها تقنية FPGA. قادة الصناعة ، زيلينكس و ألتيرا ، حقق كلاهما مبيعات تزيد عن مليار دولار في عام 2007 ، مع اقتراب Xilinx من 2 مليار دولار.

هناك تدفق مستمر لعروض المنتجات الجديدة من رواد الصناعة والتي تشمل Xilinx Virtex-5 FXT (أداء عالي يعالج و I / O) و Virtex-4QV (تطبيقات فضائية) و Altera Stratix IV (كثافة عالية مع 13.3 مليون بوابة) و أكتيل IGLOO (طاقة منخفضة). يجب أن يكون تنوع العروض حلم مصمم النظام.

عملية تصميم FPGA محددة جيدًا من خلال مجموعة من الأدوات التي يوفرها بائع FPGA لدعمها ، والتي تشمل Xilinx's ISE و Altera's Quartus II و Libero IDE الخاص بـ Actel. مع تقديم كل جيل جديد من FPGA ، كذلك الأدوات التي ترى استثمارًا مستمرًا ...

... الحياة جيدة!

ولكن الآن ، هذا التصميم الرائع الجديد الذي يعمل بشكل رائع في FPGA يجب أن ينتقل إلى ملف دائرة كهربائية سبورة. قامت معظم الشركات باستثمار ضئيل في عملية تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، وكانت النتيجة النهائية بمثابة حل وسط بشأن الإنتاجية وجودة النتائج. تين 1 يظهر تمثيل ثنائي الأبعاد لتعقيد التصميم المشترك. يظهر تعقيد جهاز FPGA على المحور الرأسي وتعقيد عملية PCB على المحور الأفقي. العدد المتزايد من الدبابيس ، I/O تضيف المعايير ونواتج العملية وقواعد تخصيص الدبوس إلى تعقيد FPGA. تُترجم إمكانات الجهاز هذه إلى تعقيد ثنائي الفينيل متعدد الكلور من حيث تبديل الدبوس وإنشاء الرموز والتوجيه وسلامة الإشارة وما إلى ذلك. يجب أن تعالج عملية التصميم المشترك المنفذة التعقيدات التي يحددها الجهاز المستخدم وأهداف العملية.

1. تعقيد التصميم المشترك FPGA / PCB.
(انقر فوق هذه الصورة لعرض نسخة أكبر وأكثر تفصيلاً)

حل التصميم المشترك المبسط هو عملية أحادية الاتجاه تبدأ من أداة بائع FPGA ، وتنتقل إلى التخطيطي ، ثم أخيرًا إلى تخطيط PCB. قد يكون هناك بعض التخطيط الأولي للإدخال / الإخراج ، ولكن في معظم الحالات يعيش مصمم ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع ما يأتي على الطريق. قد تكون هذه العملية غير مناسبة للعديد من الاحتياجات وقد تتطلب إضافة إمكانية تبديل الدبوس. في نهاية المطاف ، فإن جودة ثنائي الفينيل متعدد الكلور معرضة للخطر بالإضافة إلى الوقت اللازم لتصميمه. يمكن أن يؤدي تعيين الإدخال / الإخراج الضعيف إلى أوقات توجيه أطول ، وآثار أطول ، وطبقات إشارة إضافية ، ومزيد من فتحات ، وربما إشارة نزاهة مشاكل.

يمتد استخدام FPGA على نطاق واسع ، من منطق الغراء البسيط إلى تطبيقات النظام على الجهاز القابل للبرمجة. هذه المجموعة الضخمة من التطبيقات تتطلب عملية تصميم مشترك مرنة وقابلة للتوسيع FPGA / PCB. أساس عملية التصميم المشترك هو الاتصال – القدرة على نقل المعلومات الخاصة بالمجال عبر المجالات وتحويل البيانات لتكون مفيدة في المجال الوجهة.

على سبيل المثال ، بناء رمز تخطيطي FPGA هو مفهوم أجنبي لمصمم FPGA. لكن تعيينات الدبوس التي تم إجراؤها في مجال FPGA في شكل أ .دبوس أو .ضمادة ملف يتم تمثيلها كرمز أو رمز سلكي تم تعيينه في مجال PCB. هذان تمثيلان مختلفان تمامًا لنفس المعلومات. كل تمثيل يجلب قيمة إلى المجال الأصلي. يجب أن يكون تقاطع مجال المعلومات ثنائي الاتجاه وخاليًا من الأنشطة اليدوية المعرضة للخطأ. التنفيذ الفعال اِختِصاص الاتصال هو الأساس الذي تُبنى عليه العملية.

إغلاق حلقة
تعد عملية التصميم المشترك الأكثر فاعلية بين FPGA / PCB هي حلقة مغلقة مع ملاحظات جودة النتائج القادمة من تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور. ثم يتم ضبط واجهة FPGA بناءً على هذه الملاحظات ، مما ينتج عنه تكامل عالي الجودة FPGA / PCB. الخطوات المختلفة في عملية التصميم المشترك هي كما يلي:

• دعم البائعين FPGA
• المكونات المخصصة أو العامة
• توليد رمز ثنائي الفينيل متعدد الكلور
• الجيل التخطيطي ثنائي الفينيل متعدد الكلور
• تحسين FPGA I / O

يتم وصف كل خطوة من هذه الخطوات أدناه في سياق التصميم الفعلي ...