FPGA全面介绍PPT.ppt

,三傻微谈FPGA,目录,CONTENT,Mainidea,FPGA发展概述,1,Presentby罗海林,1.1FPGA三国演义,1.2FPGA结构概述,1.3FPGA发展趋势,FPGA发展概述,1.1FPGA三国演义,PART1,阿尔特拉：1983PLD发明者,赛灵思：1984FPGA发明者,莱迪思：1983ISP发明者,FPGA,WahlstromSvenErik于1967年提出FPGA概念,FPGA发展概述,PART1,1996-98把持FPGA市场,1996年追赶销售模式,第一款FLEX8000FPGA反击,先组合，后时序多个时钟输入细颗粒查找表结构丰富的寄存器资源分段路由布线结构电路上电加载直接集成三态门,电路规模得到空前提高横扫千军！,1.1FPGA三国演义,FPGA发展概述,PART1,行业领导者占据市场,确定大规模FPGA思路,FLEX10KFPGA锁相环(PLL)抗衡FLEX10KFPGA嵌入式RAM抗衡,实现三态门粗颗粒结构嵌入式RAM非对称结构,集成三态门细颗粒结构分布式RAM孤岛式结构,xc3000/4000,元气大伤开始蛰伏,1.1FPGA三国演义,FPGA发展概述,PART1,逻辑规模存储器尺寸时钟资源串并收发器,2002Stratix带嵌入式DSP,VirtexSpartan3,StratixCyclone3MAX,03年全球第一款90nm工艺FPGA,2008全球第一款40nm工艺,2010全球第一款28nm工艺,2013Intel的14nm三栅极工艺,出其不意避其锋芒,IPhone7中加入FPGA2016被中资公司收购超20位美国会议员反对,2015被intel收购,1.1FPGA三国演义,FPGA发展概述,1.2FPGA结构概述,PART1,IOB：可编程输入输出单元,CLB：可配置逻辑块,DCM：数字时钟管理模块,BRAM：嵌入式块RAM,丰富的布线资源,底层内嵌功能单元：DLL、PLL、DSP和CPU等软核,内嵌专用硬核：SERDES等,IOB,CLB,DCM,BRAM,BRAM,IOB,IOB,IOB,FPGA发展概述,1.3FPGA发展趋势,PART1,2016年10月11日首款嵌入式FPGA诞生,FPGA有可能迎来应用于人工智能（AI）的好时机,FPGA设计思想与技巧,2,Presentby谭拢,乒乓操作、串并转换、流水线操作、数据接口的同步方法,FPGA设计思想与技巧,乒乓操作,PART2,输入数据流通过“输入数据选择单元”将数据流等时分配到两个数据缓冲区，数据缓冲模块可以为任何存储模块，比较常用的存储单元为双口RAM(DPRAM)、单口RAM(SPRAM)、FIFO等。在第1个缓冲周期，将输入的数据流缓存到“数据缓冲模块1”在第2个缓冲周期，通过“输入数据选择单元”的切换，将输入的数据流缓存到“数据缓冲模块2”，同时将“数据缓冲模块1”缓存的第1个周期数据通过“输入数据选择单元”的选择，送到“数据流运算处理模块”进行运算处理；在第3个缓冲周期通过“输入数据选择单元”的再次切换，将输入的数据流缓存到“数据缓冲模块1”，同时将“数据缓冲模块2”缓存的第2个周期的数据通过“输入数据选择单元”切换，送到“数据流运算处理模块”进行运算处理。如此循环。,FPGA设计思想与技巧,乒乓操作,PART2,经过缓冲的数据流没有时间停顿，常常应用于流水线式算法节约缓冲区空间低速模块处理高速数据流,FPGA设计思想与技巧,乒乓操作,PART2,利用乒乓操作降低数据速率,FPGA设计思想与技巧,乒乓操作,PART2,数据流处理的常用手段面积与速度互换原则,实现方法：寄存器RAM排列顺序有规定的串并转换：case复杂的串并转换：FSM,FPGA设计思想与技巧,串并转换,PART2,一种处理流程和顺序操作的思想,适用情况：高速设计提高工作频率某个设计分为若干步骤，且整个数据处理是“单流向”，没有反馈或迭代运算，前一个步骤输出是下一个步骤输入。,FPGA设计思想与技巧,流水线操作,PART2,流水线设计时序示意图,FPGA设计思想与技巧,流水线操作,PART2,注意问题：设计时序的合理安排、前后级接口间数据流速的匹配操作步骤划分合理，统筹考虑各个操作步骤间的数据流量前级操作时间=后级操作时间，直接相连前级操作时间后级操作时间，缓存前级操作时间后级操作时间，逻辑复制等操作,FPGA设计思想与技巧,流水线操作,PART2,FPGA设计常见的重要问题，也是设计工作不稳定的重要原因错误的数据接口同步方法：手工加入BUFT或非门调整数据延迟相位差90度的时钟信号正确的数据接口同步方法：输入输出的延时不可测，如何完成数据同步数据有固定格式（帧结构）上级数据和本级时钟是异步的,FPGA设计思想与技巧,数据接口同步方法,PART2,输入输出的延时不可测，如何完成数据同步建立同步机制：可以用一个同步使能，或者同步指示信号另外数据通过RAM或FIFO存取，也可以达到数据同步的目的,FPGA设计思想与技巧,数据接口同步方法,PART2,数据有固定格式（帧结构）这种情况在通信系统中非常普遍，因为很多数据是按照“帧”组织的。由于整个系统对时钟要求很高，常常专门设计一块时钟板完成高精度时钟的产生于驱动。两个问题：如何完成数据同步，并发现数据的“头”？同步指示信号，或RAM，FIFO缓存一下；传输一个数据起始位置的指示信号，或插入同步码,FPGA设计思想与技巧,数据接口同步方法,PART2,上级数据和本级时钟是异步的输入数据与本级处理时钟同频率输入输入与本级处理时钟异步寄存器对异步时钟域的数据进行两次采样；DPRAM，异步FIFO,FPGA设计思想与技巧,数据接口同步方法,PART2,FPGA设计实例,3,Presentby张亦弛,基于FPGA+DSP架构的最小系统设计,FPGA设计实例,PART3,FPGA：时序控制能力强DSP：数字信号处理及算法强,能否将两者的优势互补？,FPGA设计实例,微型惯导系统,PART3,微型惯导系统,线加速度信号,角加速度信号,温度信号,GPS信号,FPGA设计实例,微型惯导系统,PART3,FPGA：实现逻辑控制功能，由其处理所有的外围数据并通过事先约定的方式与DSP通信，将数据传递给DSP供其进行解算。DSP：主要实现控制系统启动,对FPGA采样得到的数据进行惯导解算，得到载体的方位、姿态和速度信息,并将解算结果通过FPGA向外传递显示。,FPGA设计实例,系统框架,PART3,FPGA设计实例,电源模块,PART3,主要用于系统供电，将外部接插件引入的12V隔离直流电源经DCDC转换成所需的数字电源,FPGA设计实例,传感器模块,PART3,某惯导测量芯片,FPGA设计实例,处理器模块,