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Implementazione di un processo di co-design FPGA/PCB

Il design intelligente dell'interfaccia FPGA è un imperativo quando si utilizzano dispositivi FPGA per soddisfare i requisiti di interfaccia di sistema all'avanguardia come DDR3. La progettazione di un'interfaccia FPGA senza l'integrazione del processo PCB o la considerazione del routing PCB può comportare un aumento dei costi PCB e tempi di progettazione prolungati. La chiave, come dimostra questo articolo, è considerare connettività come base per un processo di co-progettazione FPGA/PCB e gli elementi critici necessari per un'implementazione efficace. La connettività in questo contesto è il movimento bidirezionale dell'FPGA Interfaccia informazioni tra i domini FPGA e PCB.

L'implementazione di un'efficace base di connettività di processo consente di incorporare rapidamente l'FPGA nella progettazione del PCB. Un derivato importante di una soluzione di connettività è la creazione ripetibile di una definizione di interfaccia FPGA ottimizzata sia per l'FPGA che per il PCB. I risultati di questa base di connettività sono costi di sviluppo inferiori e una migliore qualità del PCB.

Proliferazione di FPGA
I dispositivi FPGA sono onnipresenti nei progetti di nuovi prodotti con circa 100.000 inizi di progettazione ogni anno. Nessuno sostiene che ci siano molti vantaggi offerti dalla tecnologia FPGA. I leader del settore, Xilinx E Altera , entrambi hanno registrato vendite superiori a $ 1 miliardo nel 2007, con Xilinx che si avvicinava a $ 2 miliardi.

C'è un flusso costante di nuove offerte di prodotti dai leader del settore che includono Xilinx Virtex-5 FXT (ad alte prestazioni in lavorazione e I/O) e Virtex-4QV (applicazioni spaziali), Stratix IV di Altera (alta densità con 13,3 milioni di porte) e di Actel IGLOO (bassa potenza). La diversità delle offerte dovrebbe essere il sogno di un progettista di sistemi.

Il processo di progettazione FPGA è ben definito con una suite di strumenti forniti dal fornitore FPGA per supportarlo, che include ISE di Xilinx, Quartus II di Altera e Libero IDE di Actel. Man mano che viene fornita ogni nuova generazione di FPGA, lo sono anche gli strumenti che vedono un investimento costante...

... La vita è bella!

Ma ora, questo nuovo fantastico design che funziona alla grande nell'FPGA deve passare a un circuito asse. La maggior parte delle aziende ha effettuato un investimento minimo in un processo di co-design PCB, con il risultato finale di un compromesso tra produttività e qualità dei risultati. Fico 1 mostra una rappresentazione bidimensionale della complessità del co-design. La complessità del dispositivo FPGA è mostrata sull'asse verticale e la complessità del processo PCB sull'asse orizzontale. Il crescente numero di pin, I/O standard, core di processo e regole di assegnazione dei pin si aggiungono alla complessità dell'FPGA. Queste capacità del dispositivo si traducono in complessità PCB in termini di scambio di pin, creazione di simboli, instradamento, integrità del segnale, ecc. Il processo di co-design implementato deve affrontare le complessità determinate dal dispositivo utilizzato e dagli obiettivi del processo.

Implementazione di un processo di co-design FPGA/PCB 1
1. Complessità di co-progettazione FPGA/PCB.
(Fai clic su questa immagine per visualizzare una versione più grande e dettagliata)

La semplicistica soluzione di co-progettazione è un processo unidirezionale che parte dallo strumento del fornitore dell'FPGA, passa allo schema e infine al layout del PCB. Potrebbe esserci una pianificazione I/O preliminare, ma nella maggior parte dei casi il progettista di circuiti stampati convive con ciò che arriva lungo la strada. Questo processo potrebbe essere inadeguato per molte esigenze e potrebbe richiedere l'aggiunta di una capacità di scambio di pin. In definitiva, è in gioco la qualità del PCB e il tempo necessario per progettarlo. Una scarsa assegnazione I/O può portare a tempi di instradamento più lunghi, tracce più lunghe, livelli di segnale aggiuntivi, più vie e possibilmente segnale integrità problemi.

L'utilizzo di FPGA copre un vasto spettro, dalla semplice logica di colla alle implementazioni di sistema su dispositivo programmabile. Questa vasta gamma di implementazioni richiede un processo di co-progettazione FPGA/PCB flessibile ed estensibile. La base del processo di co-design è la connettività – la capacità di spostare informazioni specifiche del dominio tra domini e trasformare i dati in modo che siano utili nel dominio di destinazione.

Ad esempio, la creazione di un simbolo schematico FPGA è un concetto estraneo al progettista di FPGA. Ma le assegnazioni dei pin effettuate nel dominio FPGA sotto forma di a .spillo O .pad file sono rappresentati come un simbolo cablato o un set di simboli nel dominio PCB. Queste sono due rappresentazioni molto diverse della stessa informazione. Ogni rappresentazione apporta valore al dominio nativo. L'attraversamento del dominio delle informazioni dovrebbe essere bidirezionale e privo di attività manuali soggette a errori. Implementazione efficace dominio la connettività è la base su cui si costruisce un processo.

Chiudi il ciclo
Il processo di co-progettazione FPGA/PCB più efficace è un circuito chiuso con feedback sulla qualità dei risultati provenienti dal layout del PCB. L'interfaccia FPGA viene quindi messa a punto in base a questo feedback, producendo un'integrazione FPGA/PCB di alta qualità. Le varie fasi del processo di co-design sono le seguenti:

  • Supporto fornitore FPGA
  • Componenti personalizzati o generici
  • Generazione di simboli PCB
  • Generazione schematica PCB
  • Ottimizzazione I/O FPGA

Ognuno di questi passaggi è descritto di seguito nel contesto di un vero e proprio progetto...

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