周立功的ActelFPGA讲稿costfree.ppt

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1、Actel Flash FPGA,http:/,北京立功致远科技有限公司 耿天祥,FPGA的基础知识,目录,FPGA的基础知识,FPGA发展历史,FPGA即现场可编程门阵列，是一种可以编程的数字集成电路IC，它起源于20世纪80年代。,FPGA的基础知识,FPGA发展历史,随着EDA技术的发展，电子技术已从原来简单的晶体管技术发展到现在拥有上百万门的FPGA技术。,FPGA的基础知识,可编程逻辑器件,第一个可编程的IC是在20世纪70年代以PROM的形式出现的，通常被称为可编程逻辑器件PLD。FPGA也是PLD的一种，它通过互连线将内部的各个模块进行连接，完成所需要的功能。,PLD,熔丝链技术

2、,反熔丝技术,PROM技术,EPROM技术,E2PROM技术,SRAM技术,Flash技术,按照工艺来分,FPGA的基础知识,可编程逻辑器件,反熔丝在施加电压之前是断开的，当施加电压后形成导体。反熔丝器件的缺点是：不可重复编程，而且需要特定的编程器来对其编程；其芯片使用特定的封装，还需要与其配套的插座才能编程并且编程需要很高的电压。,反熔丝技术,FPGA的基础知识,可编程逻辑器件,E2PROM技术,E2PROM即电可擦除可编程ROM，该晶体管类似于MOS管的结构，与之不同的是它增加了一个称为浮栅的多晶硅，并在浮栅上增加了一个隧道二极管，用于电擦除存储单元。,二氧化硅,硅衬底,FPGA的基础知识

3、,可编程逻辑器件,SRAM技术,现在的FPGA大多采用SRAM技术，由46个 MOS管组成一个SRAM结构的开关，它主要缺点是掉电的时候数据会丢失，外部需要一个价格昂贵的配置芯片，配置一般需要几百毫秒的时间。,FPGA的基础知识,可编程逻辑器件,Flash技术,Flash技术是E2PROM技术的一种特殊形式，也是由浮栅型场效应管构成的。它与SRAM相比主要优点是：掉电后数据不会丢失，不需要昂贵的配置芯片，并且单个开关晶体管数目比SRAM少4个，这大大减少了布线的面积，降低了功耗。,PROM,PLA,PAL,GAL,其它,SPLD,CPLD,FPGA,FPGA的基础知识,可编程逻辑器件,可编程逻

4、辑器件按规模划分为低密度可编程逻辑器件和高密度可编程逻辑器件。,PLD,FPGA的基础知识,可编程逻辑器件,它的主要组成部分有：输入/输出控制单元、宏单元和互连矩阵。宏单元的基本结构与简单的PLD相同，用来实现基本的逻辑功能。,CPLD,集成度低，内部最大只有512个宏单元；触发器资源较少，难以实现复杂的时序逻辑设计；功耗很大，成本高。,缺点：,FPGA的基础知识,可编程逻辑器件,是可编程逻辑阵列，内部资源从几万门到几百万门。无论是组合逻辑资源还是时序逻辑资源都相当的丰富，所以利用FPGA我们可以设计更为复杂的系统。,FPGA,特点：,集成度高，内部资源庞大；设计周期短，灵活性强；速度快，功耗

5、低。,FPGA的基础知识,FPGA结构,FPGA器件的结构非常类似于门阵ASIC（专用集成电路），但是FPGA芯片没有任何定制的掩膜层，它属于半定制电路。,可编程逻辑块CLB,基本的可编程逻辑块有两种，分别为基于多路选择器的，另一种是基于查找表的。不过对于Actel的Flash FPGA来说，它的最小编程单元成为Tile。,FPGA的基础知识,FPGA结构,可编程I/O块,可编程的输入/输出模块IOB为芯片外部封装管脚和内部逻辑提供连接接口。每个IOB可控制一个封装管脚，可配置成输入、输出和双向口。,FPGA器件的结构非常类似于门阵ASIC（专用集成电路），但是FPGA芯片没有任何定制的掩膜层

6、，它属于半定制电路。,FPGA的基础知识,FPGA结构,FPGA器件的结构非常类似于门阵ASIC（专用集成电路），但是FPGA芯片没有任何定制的掩膜层，它属于半定制电路。,可编程互联资源,通过可编程互联资源可以将CLB与CLB，CLB和I/O相互连接起来，通常有三类连线资源，即局部连线、长线资源和全局网络。,FPGA的基础知识,FPGA结构,随着FPGA技术的发展，各个厂商所提供的资源也越来越丰富，比如说信号处理器DSP、锁相环PLL等。除了以上介绍的FPGA基本结构之外，FPGA中还提供了各种可用的嵌入式资源。,FPGA的基础知识,目录,FPGA的基础知识,SRAM与Flash FPGA,现

7、在FPGA技术发展相对迅速，工艺水平不断地进步，目前FPGA主要有两种制造工艺，分别为SRAM型和Flash型。,架构对比,FPGA的基础知识,FPGA与CPLD,CPLD和FPGA都属于可编程的逻辑器件，有很多共同特点，但由于其结构上的差异，它们也有各自的特点。,适合完成一些算法和组合逻辑,适合完成一些时序逻辑设计,通过修改具有固定内连电路,通过改变内部连线的布线来编程,集成度较低，逻辑资源少。,集成度高，复杂的布线和逻辑。,使用粗颗粒结构，其功耗大,使用细颗粒结构，功耗低。,CPLD FPGA,FPGA的基础知识,FPGA与ASIC,在FPGA的发展史上，专用集成电路（ASIC）的实现方法

8、对FPGA/CPLD的发展有着重要的影响。,数字IC,全定制IC,半定制IC,门阵IC,标准单元IC,结构化IC,ASIC,FPGA,ASIC,FPGA的基础知识,FPGA与ASIC,在FPGA的发展史上，专用集成电路（ASIC）的实现方法对FPGA/CPLD的发展有着重要的影响。,全定制性能，设计周期长,设计周期短，更快地面市时间,设计成本高，适合于大批量生产,无临时花费(NRE),速度快，资源利用率高,速度较快，资源利用率有限,不可重复编程，实现专用功能,可重复编程，可实现SOC,FPGA的基础知识,目录,FPGA的基础知识,基于FPGA的设计,系统规范,模块设计,设计输入,功能仿真,综合

9、,布局布线,时序验证,配置下载,系统设计规范,HDL描述、IP核,HDL描述、IP核,时序/面积/功耗约束,布局布线约束,I/O引脚分配,静态时序分析,反标注文件(.sdf),下载位流文件,设计流程,FPGA的基础知识,基于FPGA的设计,设计方法,借助于EDA工具实现高层次到底层次的变换；无论是功能设计还是具体实现都是自顶向上的；设计者可在更高层次上完成设计输入，缩短了设计周期；极大地提高了设计的效率和可靠性。,自定向下（Top_Down）设计方法自低向上（Bottom_Up）设计方法,FPGA的基础知识,基于FPGA的设计,设计方法,具体实现过程是自底向上的，但功能设计是自顶向下的；这种设

10、计方法效率较低，设计周期长；从最底层版图开始，经逻辑设计最终实现功能，适合于小规模电路设计。,自定向下（Top_Down）设计方法自低向上（Bottom_Up）设计方法,以HDL代码的形式提供；不依赖于任何实现工艺或技术；具有很大灵活性，可重用性很好。,FPGA的基础知识,基于FPGA的设计,基于IP核的设计,IP核,软核,硬核,固核,以集成电路版图的形式提供；经过实际工艺流片验证；依赖于某一特定实现工艺，在形态和性能上具有不可改变性,FPGA的基础知识,基于FPGA的设计,基于IP核的设计,IP核,软核,硬核,固核,处于软核和硬核之间，以电路网表形式提供；采用硬件仿真器进行验证；,FPGA的

11、基础知识,基于FPGA的设计,基于IP核的设计,IP核,软核,硬核,固核,FPGA的基础知识,目录,FPGA的基础知识,FPGA的应用领域,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。,FPGA的基础知识,FPGA的应用领域,应用一：通信领域,无线通信业，软件无线电（SDR）、蜂窝基础设施、高速DSP技术、第三代通信（3G）技术等。有线通信业，主要有以太网MAC、接入流处理、通用

12、前端、架构接口等。,FPGA的基础知识,FPGA的应用领域,应用二：医疗及消费电子领域,医疗：如电疗、血液分析仪、医疗检测设备、诊断成像、心率处理等。消费电子业：显示器/投影仪、数字电视和机顶盒、家庭网络、DVD播放/刻录机、PDA等便携式娱乐设备等。,FPGA的基础知识,FPGA的应用领域,应用三：汽车电子领域,现在汽车电子业正在以惊人的速度发展着，它的电子市场潜力很大，FPGA在该领域的应用数量也不断的增长。汽车电子应用有车载数据采集、ECU硬件在环仿真、车载PC、图形处理、车载音频处理等。,FPGA的基础知识,FPGA的应用领域,应用四：工业及数据处理领域,工业：工业自动控制、工业以太网

13、等。数据处理：数据存储、高性能计算、服务器、PCI、PCI Express、PS/2、USB等接口控制器、电平转换等。,FPGA的基础知识,FPGA的应用领域,应用五：军事与航空航天领域,军事：雷达和声纳、电子站、安全通信等航空航天：导航、高速数据处理、无线控制等,FPGA的基础知识,目录,Actel 单芯片的FPGA领导性厂家 业界唯一一家提供 Flash 架构的FPGA厂家 美国军方的合作伙伴，占据了90%以上的航天航空的FPGA市场份额 安全性、可靠性、低功耗的FPGA设计领域的专家,是,是,是,是,FPGA的基础知识,FPGA厂商简介Actel,过去十年来，Actel 的FPGA已经用

14、于超过300个太空计划，其中包括GPS、Echostar、国际太空站、火星探路者、火星探测登陆车1号和2号、火星快车，以及哈勃太空望远镜等，单在火星探测登陆车的项目中，就使用了总共56个Actel FPGA。,火星快车,火星探路者,FPGA的基础知识,FPGA厂商简介Actel,国际太空站,哈勃太空望远镜,FPGA的基础知识,过去十年来，Actel 的FPGA已经用于超过300个太空计划，其中包括GPS、Echostar、国际太空站、火星探路者、火星探测登陆车1号和2号、火星快车，以及哈勃太空望远镜等，单在火星探测登陆车的项目中，就使用了总共56个Actel FPGA。,FPGA厂商简介Act

15、el,超低功耗 FPGA，具有Flash*Freeze模式，静态功耗低至5W,Actel第三代Flash架构FPGA，更高安全性、可靠性、低功耗,业界唯一具有模拟功能的Flash架构FPGA,源于IGLOO，适用于超低功耗、高性能I/O的场合,源于ProASIC3，对功耗进行了优化，适用高性能、低功耗场合,Actel Flash FPGA,Actel FPGAs,50种低于1美金的Nano器件,Actel Flash FPGA,ProASIC3系列,Actel Flash FPGA,ProASIC3系列,Actel Flash FPGA,ProASIC3L系列,ProASIC3L在成熟的Pro

16、ASIC3的基础上衍生出了新一代低功耗的FPGA，采用1.2V或1.5V供电，其性能特点和ProASIC3类似，但独特的Flash*Freeze技术使得动态功耗比ProASIC3低40%，静态功耗比ProASIC3低90%，主要应用于高性能、低功耗的场合。ProASIC3L同时支持32位的CortexTM-M1软核，为系统级的设计提供了完美的解决方案。,Actel Flash FPGA,ProASIC3L系列,Actel Flash FPGA,Fusion系列,典型系统,系统存储器DRAM,cache存储器SRAM,非易失存储器FLASH,MPU MCU,FPGA/ASIC,模拟I/O,电源管

17、理,时钟管理,模拟AD,Fusion是世界上首个混合的FPGA，在ProASIC3的基础上加入ADC、FlashMemory、RTC、以及RC振荡器等，使得SOC成为了可能,Actel Flash FPGA,Fusion系列,Actel Flash FPGA,IGLOO系列,IGLOO专为手持设备精心设计，在ProASIC3的基础上加入了独特的Flash*Freeze技术以及1.2V的内核电压，使得静态功耗最低可达5uW，并且提供超小封装ucs81，真正满足当今便携式电子设备对功耗和占位面积的严苛需求,80%的时间处于闲置模式，20%的时间工作在100MHZ的操作模式,Actel Flash

18、FPGA,IGLOO系列,Actel Flash FPGA,IGLOO+系列,IGLOO+提供无与伦比的超低功耗和I/O特性，与屡获殊荣的IGLOO系列比较多出64%的I/O，并支持独立的施密特触发器输入、热插拔和Flash*Freeze总线保持。IGLOO+系列器件的门密度从30,000到125,000，支持1.2V/1.5V内核电压，并进行最大的优化以提供出色的功能，全面满足I/O密集及具有功率意识应用的需求。,Actel Flash FPGA,IGLOO+系列,Actel Flash FPGA,NANO系列,Actel nano 现场可编程逻辑器件（FPGA）包括 IGLOO nano

19、和ProASIC3 nano两种版本，nano FPGA针对快速增长的便携式和消费电子市场而推出，Actel nano FPGA耗降低至2W(微瓦)，封装尺寸减小到33mm，并且扩大其商用温度范围至零度以下，从而扩大消费电子的应用范围，使之可以在更寒冷的户外环境下使用，同时提供已封装产品的零交付交货时间。,IGLOO NANO系列,ProASIC3 NANO系列,Actel Flash FPGA,性能与功耗的平衡,Actel提供了各种满足不同用户需求的FPGA，根据性能和功耗的不同需求来选择.,功耗,性能,32位处理器,8位处理器,性能(DMIPS),占用资源(Tiles),Actel Fla

20、sh FPGA,嵌入式CPU软核,Actel Flash FPGA,封装尺寸,CS1968x8 mm,CS28110 x10 mm,QN1328x8 mm,CS815x5 mm,CS1216x6 mm,UC814x4 mm,QN688x8 mm,CS2018x8 mm,CS28914x14 mm,TQ14422x22 mm,PQ20830.6x30.6 mm,Actel Flash FPGA,Flash开关,Flash开关的好处 面积小 更多的开关用于布线 低功耗 和SRAM 工艺相比具有更小的阻抗和容性负载 可重复编程且非易失性,Actel Flash FPGA,Actel精细颗粒架构,带使

21、能端，置位端或者复位端的D触发器,D,CLK,Q,Set or Reset,等效实现一个3输入的组合逻辑,Enable,Actel Tile,Altera LE,Actel Flash FPGA,Actel FPGA布线层,Actel Flash FPGA,Actel FPGA时钟网络,6 个可通过左右两边的CCC访问的全局时钟网络12个象限时钟(每个象限3个）每个逻辑Tile可以访问到9个全局网络（6个全局时钟网络，3个象限时钟网络）内部分段式的布线结构可以允许整个FPGA内部可以有多个时钟。在A3PE3000中最多可以有252个。,模拟锁相环 ProASIC3内部1个，ProASIC3E内

22、部6个 6个可编程延时模块和1个固定的，从7.56 ns 到+11.12 ns可调 5个分频模块 具有0,90,180和 270相位可调 内部具有动态移位寄存器，支持动态的PLL，可动态修改PLL的参数,Actel Flash FPGA,PLL&CCC,单芯片,高安全性,高可靠性,低成本,上电即行,模数混合,低功耗,Actel FPGA的优势,七大特性,Actel Flash FPGA,Actel FPGA的优势,单芯片,SRAM型FPGA所必需的部件,Actel Flash FPGA,Actel FPGA的优势,高安全性,直接读取PROM数据,克隆,Actel Flash FPGA,Acte

23、l FPGA的优势,只有FlashLock密钥的文件,带有FlashLock密钥的编程文件,高安全性,Actel Flash FPGA,Actel FPGA的优势,只有AES和FlashLock密钥的编程文件,即使被人盗取了编程文件也无法知道其真正内容,带有AES密钥的编程文件,高安全性,Actel Flash FPGA,Actel FPGA的优势,高可靠性,Actel Flash FPGA,Actel FPGA的优势,上电即行,Actel Flash FPGA,SRAM FPGA,Flash FPGA,Actel FPGA的优势,低功耗,Actel Flash FPGA,典型系统,MPU/M

24、CU,FPGA/ASIC,电源管理（LDO）,系统存储器DRAM,非易失存储器FLASH,时钟管理（RTC）,模拟I/O,Cache 存储器SRAM,模拟器件AD,Actel FPGA的优势,Fusion,模数混合,Actel Flash FPGA,总体成本减少$5以上,Actel FPGA的优势,低成本,Actel Flash FPGA,Actel Flash架构FPGA,Actel Flash FPGA,Actel最新资讯,低成本的Nano,Actel公司将会在2009年推出低于1美金的FPGANano系列，它提供了低成本的FPGA设计方案。,最低功耗2w,最小封装3mmx3mm,0周的订货周期,温度范围(-2070),50种低于1美金型号),Actel最新资讯,高集成度的FusionII,Fusion II将是2009年的另一个亮点，内部不仅具有FPGA的内核，还集成了Cortex-M3的ARM硬核，另外还带有3路ADC、3路DAC、SPI、I2C、16550、Flash等部件，打造完美的SOC解决方案。,集成开发环境Libero演示,谢 谢！,北京立功致远科技有限公司技术支持：电话：010-82536178-107/116邮箱：,广州致远电子有限公司技术支持：电话：020-28872345/28267809邮箱：,