fpga工程师须知

本文中，小编将对FPGA予以介绍，如果你想对它的详细情况有所认识，或者想要增进对它的了解程度，不妨请看以下内容哦。

fpga工程师须知内容包括：

一、设计思路

FPGA芯片是开发高速数字电路设计的理想解决方案之一。FPGA芯片基于HDL的设计方法允许工程师使用高级语言进行设计。因此，FPGA工程师需要具备设计思路能力，包括分析需求、制定设计方案、梳理设计流程、处理异常情况等。

在FPGA设计过程中，需考虑到开销、时序分析、资源利用等方面。例如，在设计高清视频显示芯片时，需要考虑分辨率、色彩表现、帧率等因素。在设计完成后，需要使用仿真工具模拟验证，并进行调试测试以确保其正确性、稳定性、可靠性和可移植性。

因此，FPGA工程师需要有较强的设计思维和逻辑分析能力。他们需要能够理解和应用数学和物理学知识，并解决各种实际问题。

二、硬件语言

FPGA工程师通常使用硬件描述语言(HDL)进行FPGA芯片的设计工作。硬件描述语言使得工程师能够使用高级语言进行设计，从而提高了开发效率和可重用性。

HDL可以分为两种类型：Verilog和VHDL。这两种语言都有其优点和缺点。Verilog语言通常更简单，更易于使用和学习，但其结构更灵活，因此需要更多的注意力来保证代码正确性。相反，VHDL比Verilog更为精细，它可以很好的描述复杂的状态机以及高级逻辑电路。

FPGA工程师需要熟练掌握HDL语言，并能够根据需要灵活使用这些语言。他们需要知道如何将各种逻辑电路和存储器组合在一起，以实现所需的功能。同时，FPGA工程师还需要了解如何使用宏、异步复位、时钟分频等技术来设计复杂的电路。

三、EDA工具

EDA(Electronic Design Automation)工具用于支持FPGA的设计、验证和仿真。EDA工具主要分为三类：逻辑仿真、综合和布局布线。

在逻辑仿真方面，FPGA工程师需要熟悉Cadence、ModelSim和Mentor等工具，这些工具能够检查FPGA的设计正确性和符合性。在这个阶段，工程师需要能够产生正确的测试数据集，以确保设计的准确性和性能。

在综合方面，FPGA工程师需要使用工具将HDL语言转化为更低级别的代码。这样，他们就能够顺利地将代码映射到可编程逻辑设备中。Axcelerator和Vivado是常用的综合工具，其中Vivado是由Xilinx公司开发的EDA工具。

在布局布线方面，FPGA工程师需要使用工具将逻辑网表传输到物理布局中。在这个过程中，工程师需要考虑时序约束、时钟网络设计、数据路径优化等因素。较常用的布局布线工具有ALLEGRO PCB和Orcad等软件。在使用EDA工具之前，FPGA工程师需要了解所需的电路元件，例如寄存器，计数器，缓存器等，并了解这些元件的功能、信号和接口。

四.面积与速度的平衡互换原则

这里的面积指的是FPGA的芯片资源，包括逻辑资源和I/O资源等;这里的速度指的是FPGA工作的最高频率(和DSP或者ARM不同，FPGA设计的工作频率是不固定的，而是和设计本身的延迟紧密相连)。 在实际设计中，使用最小的面积设计出最高的速度是每一个开发者追求的目标，但是“鱼和熊掌不可兼得”，取舍之间展示了一个开发者的智慧。

1.速度换面积

速度优势可以换取面积的节约。面积越小，就意味着可以用更低的成本来实现产品的功能。速度换面积的原则在一些较复杂的算法设计中常常会用到。在这些算法设计中，流水线设计常常是必须用到的技术。在流水线的设计中，这些被重复使用但是使用次数不同的模块将会占用大量的FPGA资源。对FPGA的设计技术进行改造，将被重复使用的算法模块提炼出最小的复用单元，并利用这个最小的高速代替原设计中被重复使用但次数不同的模块。当然，在改造的过程中必然会增加一些其他的资源来实现这个代替的过程。但是只要速度具有优势，那么增加的这部分逻辑依然能够实现降低面积提高速度的目的。

可以看到，速度换面积的关键是高速基本单元的复用。

2.面积换速度

在这种方法中面积的复制可以换取速度的提高。支持的速度越高，就意味着可以实现更高的产品性能。一些注重产品性能的应用领域可以采用并行处理技术，实现面积换速度。

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