Mise en place d'un processus de co-conception FPGA / PCB

La conception intelligente de l'interface FPGA est un impératif lors de l'utilisation de dispositifs FPGA pour répondre aux exigences d'interface système de pointe telles que DDR3. Une conception d'interface FPGA sans intégration de processus PCB ou considération de routage PCB peut entraîner une augmentation des coûts PCB et des temps de conception prolongés. La clé, comme le montre cet article, est de considérer connectivité comme base d'un processus de co-conception FPGA/PCB et les éléments critiques nécessaires à une mise en œuvre efficace. La connectivité dans ce contexte est un mouvement bidirectionnel du FPGA interface informations entre les domaines FPGA et PCB.

La mise en œuvre d'une base de connectivité de processus efficace permet d'intégrer rapidement le FPGA dans la conception du circuit imprimé. Un dérivé important d'une solution de connectivité est la création reproductible d'une définition d'interface FPGA optimisée à la fois pour le FPGA et le PCB. Les résultats de cette base de connectivité sont des coûts de développement réduits et une qualité de PCB améliorée.

Prolifération des FPGA
Les dispositifs FPGA sont omniprésents dans les nouvelles conceptions de produits avec environ 100 000 lancements de conception chaque année. Personne ne conteste les nombreux avantages offerts par la technologie FPGA. Les chefs de file de l'industrie, Xilinx Et Altera , les deux ont réalisé des ventes supérieures à 1 milliard de dollars en 2007, Xilinx approchant les 2 milliards de dollars.

Il y a un flux constant de nouvelles offres de produits des leaders de l'industrie qui incluent Xilinx Virtex-5 FXT (haute performance traitement et I/O) et Virtex-4QV (applications spatiales), Stratix IV d'Altera (haute densité avec 13,3 millions de portes), et Actel's IGLOO (faible puissance). La diversité des offres devrait être le rêve d'un concepteur de système.

Le processus de conception FPGA est bien défini avec une suite d'outils fournis par le fournisseur FPGA pour le prendre en charge, qui comprend ISE de Xilinx, Quartus II d'Altera et Libero IDE d'Actel. Au fur et à mesure que chaque nouvelle génération de FPGA est livrée, les outils qui font l'objet d'investissements constants le sont aussi...

... La vie est belle!

Mais maintenant, cette nouvelle conception cool qui fonctionne très bien dans le FPGA doit aller sur un circuit conseil. La plupart des entreprises ont fait un investissement minimal dans un processus de co-conception de PCB, le résultat final étant un compromis sur la productivité et la qualité des résultats. figue 1 montre une représentation bidimensionnelle de la complexité de la co-conception. La complexité du dispositif FPGA est indiquée sur l'axe vertical et la complexité du processus PCB sur l'axe horizontal. Le nombre croissant d'épingles, I/O les normes, les cœurs de processus et les règles d'affectation des broches ajoutent à la complexité du FPGA. Ces capacités de l'appareil se traduisent par la complexité du PCB en termes d'échange de broches, de création de symboles, de routage, d'intégrité du signal, etc. Le processus de co-conception mis en œuvre doit répondre aux complexités déterminées par le dispositif utilisé et les objectifs du processus.

1. Complexité de la co-conception FPGA / PCB.
(Cliquez sur cette image pour voir une version plus grande et plus détaillée)

La solution de co-conception simpliste est un processus unidirectionnel commençant par l'outil du fournisseur de FPGA, passant au schéma, puis finalement à la disposition du PCB. Il peut y avoir une planification préliminaire des E/S, mais dans la plupart des cas, le concepteur de PCB vit avec ce qui se présente. Ce processus peut être inadéquat pour de nombreux besoins et peut nécessiter l'ajout d'une capacité d'échange de broches. En fin de compte, la qualité du PCB est en jeu ainsi que le temps nécessaire à sa conception. Une mauvaise affectation d'E / S peut entraîner des temps de routage plus longs, des traces plus longues, des couches de signal supplémentaires, plus de vias et éventuellement des signaux intégrité questions.

L'utilisation des FPGA couvre un vaste spectre, de la simple logique de colle aux implémentations de système sur appareil programmable. Cette vaste gamme d'implémentations nécessite un processus de co-conception FPGA/PCB flexible et extensible. La base du processus de co-conception est la connectivité – la possibilité de déplacer des informations spécifiques au domaine entre les domaines et de transformer les données pour qu'elles soient utiles dans le domaine de destination.

Par exemple, la construction d'un symbole schématique FPGA est un concept étranger au concepteur FPGA. Mais les affectations de broches effectuées dans le domaine FPGA sous la forme d'un .broche Ou .tampon déposer sont représentés sous la forme d'un symbole câblé ou d'un jeu de symboles dans le domaine PCB. Ce sont deux représentations très différentes de la même information. Chaque représentation apporte de la valeur au domaine natif. Le croisement des informations entre les domaines doit être bidirectionnel et dépourvu d'activités manuelles sujettes aux erreurs. Mise en œuvre efficace domaine la connectivité est la base sur laquelle un processus est construit.

Fermer la boucle
Le processus de co-conception FPGA/PCB le plus efficace est une boucle fermée avec un retour sur la qualité des résultats provenant de la configuration du PCB. L'interface FPGA est ensuite ajustée en fonction de ce retour, produisant une intégration FPGA/PCB de haute qualité. Les différentes étapes du processus de co-conception sont les suivantes:

• Assistance fournisseur FPGA
• Composants personnalisés ou génériques
• Génération de symboles PCB
• Génération de schémas de circuits imprimés
• Optimisation des E/S FPGA

Chacune de ces étapes est décrite ci-dessous dans le contexte d'une conception réelle...