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Implementando um processo de co-design FPGA / PCB

O design inteligente da interface FPGA é um imperativo ao usar dispositivos FPGA para atender aos requisitos de interface de sistema de ponta, como DDR3. Um projeto de interface FPGA sem integração de processo de PCB ou consideração de roteamento de PCB pode levar a custos de PCB maiores e tempos de projeto estendidos. A chave, como este artigo demonstra, é considerar conectividade como a base para um processo de co-design FPGA/PCB e os elementos críticos que são necessários para uma implementação eficaz. A conectividade neste contexto é o movimento bidirecional do FPGA interface informações entre os domínios FPGA e PCB.

A implementação de uma base de conectividade de processo eficaz permite que o FPGA seja rapidamente incorporado ao projeto de PCB. Um derivado importante de uma solução de conectividade é a criação repetível de uma definição de interface FPGA otimizada para FPGA e PCB. Os resultados dessa base de conectividade são menores custos de desenvolvimento e melhor qualidade de PCB.

proliferação de FPGA
Os dispositivos FPGA são onipresentes em novos projetos de produtos com aproximadamente 100.000 projetos iniciados a cada ano. Ninguém discute que há muitos benefícios oferecidos pela tecnologia FPGA. Os líderes da indústria, Xilinx E Altera , ambas tiveram vendas superiores a US$ 1 bilhão em 2007, com a Xilinx chegando a US$ 2 bilhões.

Há um fluxo constante de novas ofertas de produtos dos líderes da indústria que incluem Xilinx Virtex-5 FXT (alto desempenho em processamento e I/O) e Virtex-4QV (aplicações espaciais), Stratix IV da Altera (alta densidade com 13,3 milhões de portas) e da Actel IGLOO (baixa potência). A diversidade de ofertas deve ser o sonho de um projetista de sistema.

O processo de design do FPGA é bem definido com um conjunto de ferramentas fornecidas pelo fornecedor do FPGA para apoiá-lo, que inclui o ISE da Xilinx, o Quartus II da Altera e o Libero IDE da Actel. À medida que cada nova geração de FPGA é entregue, também são entregues as ferramentas que recebem investimentos constantes...

... A vida é boa!

Mas agora, este novo design legal que funciona muito bem no FPGA tem que ir para um o circuito quadro. A maioria das empresas fez um investimento mínimo em um processo de PCB de co-design, com o resultado final comprometendo a produtividade e a qualidade dos resultados. Figo 1 mostra uma representação bidimensional da complexidade do co-design. A complexidade do dispositivo FPGA é mostrada no eixo vertical e a complexidade do processo PCB no eixo horizontal. O crescente número de pinos, I/O padrões, núcleos de processo e regras de atribuição de pinos aumentam a complexidade do FPGA. Esses recursos do dispositivo se traduzem em complexidade do PCB em termos de troca de pinos, criação de símbolos, roteamento, integridade do sinal, etc. O processo de co-design implementado deve abordar as complexidades determinadas pelo dispositivo que está sendo usado e os objetivos do processo.

Implementando um processo de co-design FPGA / PCB 1
1. Complexidade de co-design FPGA / PCB.
(Clique nesta imagem para ver uma versão maior e mais detalhada)

A solução simplista de co-projeto é um processo unidirecional começando na ferramenta do fornecedor do FPGA, indo para o esquema e, finalmente, para o layout do PCB. Pode haver algum planejamento preliminar de E/S, mas na maioria dos casos o projetista de PCB vive com o que vem pela frente. Esse processo pode ser inadequado para muitas necessidades e pode exigir a adição de um recurso de troca de pinos. Em última análise, a qualidade do PCB está em jogo, bem como o tempo necessário para projetá-lo. Uma atribuição de E/S ruim pode levar a tempos de roteamento mais longos, traços mais longos, camadas de sinal adicionais, mais vias e, possivelmente, sinal integridade problemas.

O uso de FPGA abrange um vasto espectro, desde simples lógica de cola até implementações de sistema em dispositivo programável. Essa enorme variedade de implementações implora por um processo de co-design FPGA/PCB flexível e extensível. A base para o processo de co-design é a conectividade – a capacidade de mover informações específicas de domínio entre domínios e transformar os dados para serem úteis no domínio de destino.

Por exemplo, construir um símbolo esquemático de FPGA é um conceito estranho para o projetista de FPGA. Mas as atribuições de pinos feitas no domínio FPGA na forma de um .alfinete Ou .almofada arquivo são representados como um símbolo com fio ou conjunto de símbolos no domínio PCB. Estas são duas representações muito diferentes da mesma informação. Cada representação agrega valor ao domínio nativo. O cruzamento de domínio de informações deve ser bidirecional e sem atividades manuais propensas a erros. Implementação eficaz domínio a conectividade é a base sobre a qual um processo é construído.

Fechar o ciclo
O processo de co-design FPGA/PCB mais eficaz é um circuito fechado com feedback de qualidade dos resultados vindo do layout da PCB. A interface FPGA é então ajustada com base neste feedback, produzindo uma integração FPGA/PCB de alta qualidade. As várias etapas no processo de co-design são as seguintes:

  • Suporte do fornecedor FPGA
  • Componentes personalizados ou genéricos
  • geração de símbolo PCB
  • Geração de esquema PCB
  • Otimização de E/S FPGA

Cada uma dessas etapas é descrita abaixo no contexto de um projeto real...

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