Εφαρμογή μιας διαδικασίας συν-σχεδιασμού FPGA / PCB

Η έξυπνη σχεδίαση της διεπαφής FPGA είναι επιτακτική ανάγκη όταν χρησιμοποιείτε συσκευές FPGA για την κάλυψη των απαιτήσεων διεπαφής συστήματος αιχμής, όπως το DDR3. Ένας σχεδιασμός διεπαφής FPGA χωρίς ενσωμάτωση διεργασίας PCB ή εξέταση δρομολόγησης PCB μπορεί να οδηγήσει σε αυξημένο κόστος PCB και παρατεταμένους χρόνους σχεδίασης. Το κλειδί, όπως δείχνει αυτό το άρθρο, είναι να λάβετε υπόψη συνδεσιμότητα ως βάση για μια διαδικασία συν-σχεδιασμού FPGA/PCB και τα κρίσιμα στοιχεία που απαιτούνται για μια αποτελεσματική εφαρμογή. Η συνδεσιμότητα σε αυτό το πλαίσιο είναι αμφίδρομη κίνηση του FPGA διεπαφή πληροφορίες μεταξύ των τομέων FPGA και PCB.

Η εφαρμογή μιας αποτελεσματικής βάσης συνδεσιμότητας διεργασιών επιτρέπει στο FPGA να ενσωματωθεί γρήγορα στη σχεδίαση PCB. Ένα σημαντικό παράγωγο μιας λύσης συνδεσιμότητας είναι η επαναλαμβανόμενη δημιουργία ενός ορισμού διεπαφής FPGA που είναι βελτιστοποιημένος τόσο για το FPGA όσο και για το PCB. Τα αποτελέσματα αυτής της βάσης συνδεσιμότητας είναι χαμηλότερο κόστος ανάπτυξης και βελτιωμένη ποιότητα PCB.

Πολλαπλασιασμός FPGA
Οι συσκευές FPGA είναι πανταχού παρούσες σε νέα σχέδια προϊόντων με περίπου 100.000 ξεκινήματα σχεδίασης κάθε χρόνο. Κανείς δεν υποστηρίζει ότι υπάρχουν πολλά οφέλη που προσφέρει η τεχνολογία FPGA. Οι ηγέτες του κλάδου, Xilinx Και, Altera , και οι δύο είχαν πωλήσεις άνω του 1 δισεκατομμυρίου δολαρίων το 2007, με το Xilinx να πλησιάζει τα 2 δισεκατομμύρια δολάρια.

Υπάρχει μια συνεχής ροή νέων προσφορών προϊόντων από τους ηγέτες του κλάδου που περιλαμβάνουν το Xilinx Virtex-5 FXT (υψηλές επιδόσεις επεξεργασία και I/O) και Virtex-4QV (διαστημικές εφαρμογές), Altera's Stratix IV (υψηλής πυκνότητας με 13,3 εκατομμύρια πύλες) και του Actel IGLOO (χαμηλή ισχύς). Η ποικιλία των προσφορών πρέπει να είναι το όνειρο ενός σχεδιαστή συστήματος.

Η διαδικασία σχεδίασης FPGA είναι καλά καθορισμένη με μια σουίτα εργαλείων που παρέχονται από τον προμηθευτή FPGA για την υποστήριξή της, η οποία περιλαμβάνει το ISE της Xilinx, το Quartus II της Altera και το Libero IDE της Actel. Καθώς παραδίδεται κάθε νέα γενιά FPGA, το ίδιο ισχύει και για τα εργαλεία που βλέπουν συνεχείς επενδύσεις...

... Η ζωη ΕΙΝΑΙ ΩΡΑΙΑ!

Αλλά τώρα, αυτή η νέα δροσερή σχεδίαση που λειτουργεί άψογα στο FPGA πρέπει να μπει σε ένα κύκλωμα σανίδα. Οι περισσότερες εταιρείες έχουν πραγματοποιήσει μια ελάχιστη επένδυση σε μια διαδικασία συν-σχεδιασμού PCB, με το τελικό αποτέλεσμα να είναι ένας συμβιβασμός σχετικά με την παραγωγικότητα και την ποιότητα των αποτελεσμάτων. Σύκο 1 δείχνει μια δισδιάστατη αναπαράσταση της πολυπλοκότητας του συν-σχεδιασμού. Η πολυπλοκότητα της συσκευής FPGA εμφανίζεται στον κατακόρυφο άξονα και η πολυπλοκότητα της διαδικασίας PCB στον οριζόντιο άξονα. Ο αυξανόμενος αριθμός καρφίτσες, I/O Τα πρότυπα, οι πυρήνες διεργασιών και οι κανόνες εκχώρησης ακίδων προσθέτουν στην πολυπλοκότητα του FPGA. Αυτές οι δυνατότητες της συσκευής μεταφράζονται σε πολυπλοκότητα PCB όσον αφορά την εναλλαγή ακίδων, τη δημιουργία συμβόλων, τη δρομολόγηση, την ακεραιότητα του σήματος κ.λπ. Η διαδικασία συν-σχεδιασμού που εφαρμόζεται πρέπει να αντιμετωπίζει τις πολυπλοκότητες που καθορίζονται από τη συσκευή που χρησιμοποιείται και τους στόχους της διαδικασίας.

1. Πολυπλοκότητα συν-σχεδιασμού FPGA / PCB.
(Κάντε κλικ σε αυτήν την εικόνα για να δείτε μια μεγαλύτερη, πιο λεπτομερή έκδοση)

Η απλοϊκή λύση συν-σχεδίασης είναι μια διαδικασία μονής κατεύθυνσης που ξεκινά από το εργαλείο του προμηθευτή FPGA, πηγαίνοντας στη σχηματική και στη συνέχεια στη διάταξη PCB. Μπορεί να υπάρχει κάποιος προκαταρκτικός σχεδιασμός εισόδου/εξόδου, αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις ο σχεδιαστής PCB ζει με ό,τι έρχεται στο δρόμο. Αυτή η διαδικασία μπορεί να είναι ανεπαρκής για πολλές ανάγκες και μπορεί να απαιτεί την προσθήκη μιας δυνατότητας εναλλαγής ακίδων. Τελικά, διακυβεύεται η ποιότητα του PCB καθώς και ο χρόνος που απαιτείται για τη σχεδίασή του. Μια κακή εκχώρηση I/O μπορεί να οδηγήσει σε μεγαλύτερους χρόνους δρομολόγησης, μεγαλύτερα ίχνη, πρόσθετα επίπεδα σήματος, περισσότερες vias και πιθανώς σήμα ακεραιότητα θέματα.

Η χρήση του FPGA εκτείνεται σε ένα τεράστιο φάσμα, από απλή λογική κόλλας έως υλοποιήσεις συστήματος σε προγραμματιζόμενη συσκευή. Αυτή η τεράστια σειρά εφαρμογών ζητά μια ευέλικτη και επεκτάσιμη διαδικασία συν-σχεδιασμού FPGA/PCB. Η βάση για τη διαδικασία συν-σχεδιασμού είναι η συνδεσιμότητα – τη δυνατότητα μετακίνησης πληροφοριών για συγκεκριμένο τομέα σε τομείς και μετατροπής των δεδομένων ώστε να είναι χρήσιμα στον τομέα προορισμού.

Για παράδειγμα, η κατασκευή ενός σχηματικού συμβόλου FPGA είναι μια ξένη ιδέα για τον σχεδιαστή FPGA. Αλλά οι εκχωρήσεις ακίδων που έγιναν στον τομέα FPGA με τη μορφή α .καρφίτσα Ή .μπλοκ αρχείο αντιπροσωπεύονται ως ενσύρματο σύμβολο ή σύνολο συμβόλων στον τομέα PCB. Αυτές είναι δύο πολύ διαφορετικές αναπαραστάσεις της ίδιας πληροφορίας. Κάθε αναπαράσταση φέρνει αξία στον εγγενή τομέα. Η διασταύρωση πληροφοριών τομέα θα πρέπει να είναι αμφίδρομη και χωρίς χειροκίνητες δραστηριότητες επιρρεπείς σε σφάλματα. Εφαρμογή αποτελεσματική τομέα Η συνδεσιμότητα είναι το θεμέλιο πάνω στο οποίο χτίζεται μια διαδικασία.

Κλείστε τον βρόχο
Η πιο αποτελεσματική διαδικασία συν-σχεδιασμού FPGA/PCB είναι ένας κλειστός βρόχος με ανατροφοδότηση ποιότητας των αποτελεσμάτων που προέρχεται από τη διάταξη PCB. Στη συνέχεια, η διεπαφή FPGA συντονίζεται με βάση αυτή την ανάδραση, δημιουργώντας μια ενσωμάτωση FPGA/PCB υψηλής ποιότητας. Τα διάφορα βήματα στη διαδικασία συν-σχεδιασμού είναι τα ακόλουθα:

• Υποστήριξη προμηθευτή FPGA
• Προσαρμοσμένα ή γενικά εξαρτήματα
• Δημιουργία συμβόλων PCB
• Σχηματική παραγωγή PCB
• Βελτιστοποίηση FPGA I/O

Κάθε ένα από αυτά τα βήματα περιγράφεται παρακάτω στο πλαίσιο ενός πραγματικού σχεδιασμού...