FPGA的設計流程就是利用EDA開發(fā)軟件和編程工具對FPGA芯片進行開發(fā)的過程。FPGA的開發(fā)流程一般包括功能定義/器件選型、設計輸入、功能仿真、邏輯綜合、布局布線與實現(xiàn)、編程調(diào)試等主要步驟。
1、功能定義/器件選型:在FPGA設計項目開始之前,必須有系統(tǒng)功能的定義和模塊的劃分,另外就是要根據(jù)任務要求,如系統(tǒng)的功能和復雜度,對工作速度和器件本身的資源、成本、以及連線的可布性等方面進行權(quán)衡,選擇合適的設計方案和合適的器件類型。
2、 設計輸入:設計輸入指使用硬件描述語言將所設計的系統(tǒng)或電路用代碼表述出來。最常用的硬件描述語言是Verilog HDL。
3、 功能仿真:功能仿真指在邏輯綜合之前對用戶所設計的電路進行邏輯功能驗證。仿真前,需要搭建好測試平臺并準備好測試激勵,仿真結(jié)果將會生成報告文件和輸出信號波形,從中便可以觀察各個節(jié)點信號的變化。如果發(fā)現(xiàn)錯誤,則返回設計修改邏輯設計。常用仿真工具有Model Tech公司的ModelSim、Sysnopsys公司的VCS等軟件。
4、 邏輯綜合:所謂綜合就是將較高級抽象層次的描述轉(zhuǎn)化成較低層次的描述。綜合優(yōu)化根據(jù)目標與要求優(yōu)化所生成的邏輯連接,使層次設計平面化,供FPGA布局布線軟件進行實現(xiàn)。就目前的層次來看,綜合優(yōu)化是指將設計輸入編譯成由與門、或門、非門、RAM、觸發(fā)器等基本邏輯單元組成的邏輯連接網(wǎng)表,而并非真實的門級電路。
真實具體的門級電路需要利用FPGA制造商的布局布線功能,根據(jù)綜合后生成的標準門級結(jié)構(gòu)網(wǎng)表來產(chǎn)生。為了能轉(zhuǎn)換成標準的門級結(jié)構(gòu)網(wǎng)表,HDL程序的編寫必須符合特定綜合器所要求的風格。常用的綜合工具有Synplicity公司的Synplify/Synplify Pro軟件以及各個FPGA廠家自己推出的綜合開發(fā)工具。
5、布局布線與實現(xiàn):布局布線可理解為利用實現(xiàn)工具把邏輯映射到目標器件結(jié)構(gòu)的資源中,決定邏輯的最佳布局,選擇邏輯與輸入輸出功能鏈接的布線通道進行連線,并產(chǎn)生相應文件(如配置文件與相關報告);實現(xiàn)是將綜合生成的邏輯網(wǎng)表配置到具體的FPGA芯片上。由于只有FPGA芯片生產(chǎn)商對芯片結(jié)構(gòu)最為了解,所以布局布線必須選擇芯片開發(fā)商提供的工具。
6、編程調(diào)試:設計的最后一步就是編程調(diào)試。芯片編程是指產(chǎn)生使用的數(shù)據(jù)文件(位數(shù)據(jù)流文件,Bitstream Generaon),將編程數(shù)據(jù)加載到FPGA芯片中;之后便可進行上板測試。最后將FPGA文件(如.bit文件)從電腦下載到單板上的FPGA芯片中。