FPGA和高集成度EPLD向门阵列挑战(上)——新结构和芯片上的各种资源使FPGA突破10万门大关,向不足5万门的门阵列提出挑战

经过10年多一点的时间,现场可编程门阵列的应用日益广泛,现在终于超过了标准的掩模编程的门阵列.器件结构的最新进展还使现场可编程门阵列(FPGA)的门数接近于10万个,可与中等密度的门阵列匹敌.前几代的FPGA一般只能取代2万个门以下的门阵列.为了使FPGA的集成度和性能提高到新的水平,FPGA厂家积极地改善器件密度和门的利用率,减少逻辑延迟,节约成本.这使FPGA既达到理想的性能,而其价格又能与掩模式门阵列进行有力竞争.但由于可编程器件结构很多,因而很难把FPGA与衍生的复杂可编程逻辑器件(CPLD)区分开来.FPGA和CPLD确切来说有些什     

ProASIC3——Flash架构FPGA的基础

随着工艺的不断进步, FPGA在逻辑密度、性能和功能上有了极大的提高,同时器件的成本也大幅下降,使得电子工程师逐渐倾向于在越来越多的产品中采用可编程逻辑器件.在突破了低功耗、低成本以及先进工艺的瓶颈后,FPGA不断以其可编程和灵活性向更多领域渗透,而众多厂商的加入更使得FPGA市场群星璀璨,FPGA的应用市场越来越广泛、应用的价值也越来越大.     

FPGA器件设计技术发展综述

现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)作为一种可编程逻辑器件,在短短二十多年里从电子设计的外围器件逐渐演变为数字系统的核心,在计算机硬件、通信、航空航天和汽车电子等诸多领域有着广泛的应用。伴随着半导体工艺技术的进步,FPGA器件的设计技术取得了飞跃性突破。该文在回顾FPGA发展历史的同时,对目前主流FPGA器件的前沿技术进行总结,并对新一代FPGA的发展前景进行展望。     

FPGA圈地——应用领域不断延伸：FPGA扩张新势力

在工艺不断进步的推动下,FPGA产品在逻辑密度、性能和功能上有了极大的提高,同时器件成本的大幅下降,也使得电子设计工程师逐渐倾向于在越来越多的设计方案中采用可编程逻辑器件.在经历了低功耗、低成本以及先进工艺的瓶颈后,FPGA不断以其可编程和灵活性向更多领域渗透,而众多厂商的加入更使得FPGA市场日趋白热化,中国大陆市场首当其冲成为兵家必争之地.     

应对FPGA和CPLD设计挑战,国半推出高速接口解决方案

FPGA和CPLD等可编程器件由于其具有很高的设计灵活性,在技术和标准发展越来越快的商业环境下,得到了更多应用.近来,可编程器件为了使产品在更多领域推广,不断降低系统成本,增加更多的I/O口,使FPGA和CPLD等器件的利用效率进一步提高.随着FPGA的规模越来越大,性能越来越高,OEM厂商越来越倾向于在通信、高端消费类电子产品、以及汽车电子等应用领域用FPGA或者CPLD作为开发产品的半导体方案.     

应用领域不断延伸FPGA扩张新势力

在工艺不断进步的推动下,FPGA产品在逻辑密度、性能和功能上有了极大的提高,同时器件成本的大幅下降,也使得电子设计工程师逐渐倾向于在越来越多的设计方案中采用可编程逻辑器件.在经历了低功耗、低成本以及先进工艺的瓶颈后,FPGA不断以其可编程和灵活性向更多领域渗透,而众多厂商的加入更使得FPGA市场日趋白热化,中国大陆市场首当其冲成为兵家必争之地.     

利用CPLD实现FPGA的快速加载

基于SRAM的FPGA由于其可编程、可升级的特性,被广泛应用于现代通信系统中。由于其易失性,每次上电后都需要重新对FPGA进行加载。随着通信系统复杂度的提高,FPGA配置文件越来越大,加栽时间越来越长,严重影响系统的启动时间。为了提高FPGA的加栽效率,在此提出一种通过CPLD进行FPGA串行加载的方案。通过验证,该方法既能能提高FPGA加栽效率,又能节省CPU和FPGA的GIPO管脚,降低系统启动时间,非常适用于现代复杂通信系统。     

一种FPGA低功耗工作的实现方法

FPGA(Field-Programmable Gate Array)即现场可编程门阵列,作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路,具有成本低、可在线编程等优势,其并行运算的特点适用于大规模信号处理和数据计算等场合.随着近年来FPGA内部逻辑单元数量的提高以及片上系统的出现,应用范围更加广泛,功耗也相应增加.本文提出了一种FPGA低功耗工作的实现方法,利用外部CPU管理FPGA的电源电路,在FPGA程序挂起时降低动态功耗,特别是对需要电池的便携设备电池供电产品,可有效延长工作时间.     

适用于数据通路的可编程逻辑器件FDP100K

设计研制了一款适用于数据通路的10万门容量的FPGA器件FDP100K(FDP:FPGA for Data-Path),其主要特点为:可编程逻辑单元结构不同于国际上已有的可编程逻辑单元结构,是一种新颖的基于查询表LUT和多路选择器MUX的混合结构;连线资源结构采用新颖的层次式布线结构,提供高度灵活的布线能力.芯片采用SMIC 0.35 μm CMOS工艺,包含1024个可编程逻辑单元和128个可编程IO单元.芯片配合自主开发的软件系统FDE(FPGA Development Environment)进行测试,结果表明:FDP100K芯片的可编程逻辑单元功能正常;芯片的各种连线资源功能正常;可以准确地实现数据通路型电路和其他类型的电路的功能.     

集成电路

Actel混合信号FPGA Actel公司推出混合信号FPGA产品系列--ActelFusion融合可编程系统芯片(PSC).该器件在单片可编程系统芯片中集成了混合信号模拟电路、Flash存储器和FPGA架构.     

莱迪思MachXO跨越CPLD和FPGA领域

CPLD与FPGA作为目前应用极为广泛的两种可编程逻辑器件,特别适合于产品的样品开发与小批量生产.莱迪思(Lattice)日前公布的MachXO逻辑器件则跨越了CPLD和FPGA两个应用领域,适用于高密度CPLD及低容量FPGA的应用.     

精简的FPGA编程方法

本文提出了一种FPGA编程方法,它利用比厂家给出的标准电路更少的I/O控制信号,实现对现场可编程控制器件(FPGA)的编程.该方法电路简单小巧,适用于小型的便携式仪表、设备.文中给出了该方法的原理和实验结果.     

基于Microblaze系统的AD数据采样与实现

MicroBlaze软内核是一种针对Xilinx FPGA器件而优化的功能强大的32位微处理器,适用于所有现产的FPGA器件. MicroBlaze软内核和其它外设IP核一起,可以完成可编程系统芯片的设计,适合复杂嵌入式系统的开发.     

满足应用和发展的需求,XILINX推出多项FPGA最新产品

现场可编程门阵列(FPGA)由掩模可编程门阵列(MPGA)和可编程逻辑器件(PLD)两者演变而来并将它们的特性结合在一起,因此FPGA既有门阵列的高逻辑密度和通用性,又有可编程逻辑器件的用户可编程特性.它通常由布线资源围绕的可编程逻辑单元构成阵列,又由可编程I/O单元围绕阵列构成整个芯片,排成阵列的逻辑单元由布线通道中的可编程内连线连结起来实现一定的逻辑功能.对于ASIC设计来说,采用FPGA在实现小型化、集成化和高可靠性的同时,减少了风险,降低了成本,缩短了周期.这些特点使FPGA近年来发展迅速.Xilinx公司为适应各种应用的需要,在1995年推出多个新产品系列,如有双口RAM的XC4000E,大容量低成本的XC5200系列,反熔丝型门海结构的XC8100系列和可再配置协处理器的XC6200系列等,以及XACT6.0开发系统,由此也可看出FPGA的发展势头.本文以XC8100系列为主对其新产品作一介绍.     

FPGA产业爆发增长力道

延续上期对CPLD市场的描述,CPLD与FPGA的关系就像MCU中8位与32位架构一样,8位仍有其市场,但若要产品设计更加智能化与多任务性就要朝向FPGA的升级之路.相较于CPLD,FPGA（现场可编程门阵列）市场的增长潜力相当可观。     

可编程应用的引爆点即将到来

25年前,赛灵思(Xilinx)公司发明了FPGA(现场可编程门阵列).如今,以FPGA为代表的可编程芯片应用已经成为势不可挡的发展趋势,尤其在ASSP和传统ASIC之间出现的市场缺口上,FPGA将开辟出新的领域,而目前席卷全球的金融危机更是成为FPGA迅速发展的催化剂.     

基于FPGA的机间数据链网络时间同步设计

针对机间数据链(Intraflight Datalink,IFDL)网络中的时间同步问题,设计并实现一种基于现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的网络时间同步方案.使用位置消息,到达检测时间,计算出主从节点时间偏差,实现单次交互完成时间同步.重点介绍系统设计方案和FPGA的实现方法.通过硬件实验验证,从节点时隙时间与主节点时隙可保持亚微秒级时间同步.     

高精度事件计时器的设计与实现

高频率、大范围和高精度是现代卫星/月球激光测距(SLR/LLR)的发展趋势,需要高精度事件计时器作为其时问测量单元.分析研究了事件计时器测量时间的原理,并基于时间数字转换(TDC)和现场可编程门阵列(FPGA)技术,用TDC芯片测量微小时间间隔,同时结合FPGA芯片设计和实现整个高精度事件计时器.进行了信号周期测量实验,结果表明,该测量仪准确度高,标准偏差值优于50 ps,系统误差小于11 ps,量程为24 h,温度漂移小于100 fs/℃,短期稳定性好于±3ps/h.     

逐鹿中国半导体群雄回顾与展望⑤可编程逻辑解决方案在中国快速增长

在电子产品上市时间愈形缩短的压力下,采用FPGA(现场可编程门阵列)设计方案的增长速度大有超过A5IC之势.身为全球可编程逻辑解决方案全球领导厂商,Xilinx赛灵思公司在2004年展现积极的产品策略,推出新世代结构的FPGA系列.放眼2005年的世界与中国的电子市场,赛灵思又有何战略以为因应.本刊特别专访到该公司中国/香港区域经理陆绍强.分享他对以上问题的见解.     

基于FPGA的可编程技术的应用

FPGA现场可编程门阵列是大规模可编程数字集成电路器件,被广泛应用于各个领域。文章研究了基于FPGA的可编程技术应用,并对可重构系统的应用进行了探讨,对FPGA的深入推广具有一定意义。