能需要的扩展和修改,在选择
FPGA门的数量大小时应预作准备。”这就要求在实现功能所需要的门阵列的数量和芯片编程实现的性能之间取得微妙的平衡,此外还要考虑到所需的“存储空间”。
Altera也认为,FPGA对生命周期更长的工业产品也“非常有利”,尽管这种产品随着时间的推移销售量会下降。Greenfield指出:“FPGA工艺不需要最低预订数量,寿命更长,这是令其独树一帜的重要原因。许多采用ASIC产品设计五年之久的工业客户现在都用FPGA来代替ASIC。”原因有很多,如ASIC要求最低预订数量,很不灵活; ASIC工艺技术已经过时,或者需要向无铅型芯片封装转换等。
工艺技术逐渐过时是芯片制造商必须面临的问题。Greenfield指出:“这一问题对ASIC公司而言尤其严重,因为他们的客户群非常有限,而且很可能在困境中难以抽身。”
软件工具的作用
开发FPGA解决方案相当复杂,要求有适当的软件工具。Nallatech的Sanderson指出,FPGA设计工具正在不断改进,特别是那些应用高级
语言或接口进行应用开发的工具更是如此,如Mathworks提供的MatLab/Simulink。
他表示,高级语言对FPGA公司尤其重要,因为这种语言能将必需的应用功能打包进一个或多个FPGA器件。Sanderson指出,此前,这种功能必需在一个或多个DSP或微处理器上实现,而且还要加上一些固定功能的ASIC来实现连接。近似而又不相同的硅技术方法
ASIC 和FPGA 都是集成电路(IC),但又互有区别。专用集成电路(ASIC)如其名称所示,是专门满足某种电子产品或系列产品的特定应用需求的硬接线硅芯片,用于各种消费电子产品和工业产品中。
现场可编程门阵列(FPGA)是新兴的IC 技术,包括成千上万个逻辑单元,通过可编程开关连接起来,通过单元的逻辑互联来满足不同的设计要求。除了逻辑块之外,FPGA 的其他可编程元件为I/O 块(作为内部单线路和芯片外部引脚的接口)以及互联接口(将其他元件的I/O 信号路由至适当的网络)。可重复编程的功能是此类器件的最大优势。
结构式ASIC构成上述方法的中间地带,它用金属基层对众多应用共有的设计元素(逻辑单元、存储器、I/O等)进行预制造。针对特定应用的数据可在最终几个金属层中添加,这就大大减少了掩模层的数量,并将低了开发的预研成本。
设计人员面临的设计复杂性之一就是要在单一FPGA中实现多个功能块之间进行通讯。Nallatech公司的DimeTalk工具(目前仅适用于Nallatech硬件)据说可解决FPGA通讯系统开发的问题。
每种芯片技术都要求设计工具。Xilinx指出,由于FPGA设计流程的特点,FPGA用户不用考虑制造产量和亚微米问题,此外,FPGA还具有方便易用、低成本以及产品上市时间短等优点。Goetting补充说:“作为标准产品,FPGA推出时已经过全面测试,可以正常发挥作用,因为FPGA供应商已经解决了物理设计、验证和特性描述等问题。”Xilinx为逻辑、DSP和嵌入式处理器件提供集成设计和调试工具,此外还为第三方工具提供接口。
根据供应商的不同,对FPGA进行编程的软件在内容和增值特性(如编译和编辑工具)方面互有差异。NI的Raether强调指出,熟练使用上述工具要求多年的经验和培训。他说:“某些更高级工具正逐渐进入市场,不过需要很好地了解FPGA的内部机制才能使用好这些工具。”VHDL (极[高速]硬件描述语言)是最常用的开发语言。Raether表示,NI的LabView软件可将器件的内部运行机制完全抽象出来,它是目前唯一实现此功能的软件。该软件可通过图形化开发环境对可编程自动化控制器中的FPGA进行编程。
挑战混合解决方案
FPGA也面临着挑战。Xilinx指出,高密度芯片的静态功耗和尺寸限制就是FPGA的问题,因为可编程的芯片需要更多晶体管来执行逻辑功能。尽管FPGA工艺已经向新式的更小型工艺技术发展,但工艺级、电路级和架构级创新似乎日益受到功耗问题的约束。Goetting指出,举例来说,Xilinx通过采用三氧化物技术和集成式平台功能,将其90nm的Virtex-4系列产品的功耗相对于130nm的处理器降低了一半。
National Instruments的Raether指出,FPGA开发还面临着一些问题,如开发时间,行业规范的兼容性,以及在电路板和封装设计方面分配适当的开发资源。类似NI CompactRIO (见照片)的器件中集成了一块F