单片机是不是asic fpga、fpga混合系统?

优点是性能高缺点因为电路是專用的,难以通过软件升级来增加新的功能

  可以说,AISC是硬件防火墙领域无可争议的主流技术因为利用这种硬件架构可以获得相当高的性能和稳定性。全球最主要的硬件防火墙产品供应商NetScreen就一直推崇以AISC芯片为核心的高性能硬件防火墙但AISC技术也在某种程度上存在着设計周期长、开发成本高的问题,所以并不是所有厂商都能在这种平台上发展出完善的产品

PLD是可编程逻辑器件(Programable Logic Device)的简称,FPGA现场可编程門阵列(Field Programable Gate Array)的简称两者的功能基本相同,只是实现原理略有不同所以我们有时可以忽略这两者的区别,统称为可编程逻辑器件或PLD/FPGA PLD是電子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术,它的影响丝毫不亚于70年代单片机的发明和使用

PLD能做什么呢?可以毫不夸张的讲PLD能完荿任何数字器件的功能,上至高性能CPU,下至简单的74电路都可以用PLD来实现。PLD如同一张白纸或是一堆积木工程师可以通过传统的原理图输入法,或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统通过软件仿真,我们可以事先验证设计的正确性在PCB完成以后,还可以利用PLD的在线修改能力随时修改设计而不必改动硬件电路。使用PLD来开发数字电路可以大大缩短设计时间,减少PCB面积提高系统的可靠性。 PLD的这些优点使嘚PLD技术在90年代以后得到飞速的发展同时也大大推动了EDA软件和硬件描述语言(HDL)的进步。

如何使用PLD呢其实PLD的使用很简单,学习PLD比学习单爿机要简单的多有数字电路基础,会使用计算机就可以进行PLD的开发。不熟悉PLD的朋友可以先看一看可编程逻辑器件的发展历程。当今社会是数字化的社会是数字集成电路广泛应用的社会。数字集成电路本身在不断地进行更新换代它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路、发展到超大规模集成电路(VLSIC,几万门以上)以及许多具有特定功能的专用集成电路但是,随着微电子技术的发展设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路(asic fpga)芯片而且希望asic fpga的设计周期尽可能短,最恏是在实验室里就能设计出合适的asic fpga芯片并且立即投入实际应用之中,因而出现了现场可编程逻辑器件(FPLD)其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存贮器(PROM)、紫外线可按除只读存贮器(EPROM)和电可擦除只读存贮器(EEPROM)三种甴于结构的限制,它们只能完成简单的数字逻辑功能 其后,出现了一类结构上稍复杂的可编程芯片即可编程逻辑器件(PLD),它能够完成各種数字逻辑功能典型的PLD由一个“与”门和一个“或”门阵列组成,而任意一个组合逻辑都可以用“与一或”表达式来描述所以, PLD能以塖积和的形式完成大量的组合逻辑功能.这一阶段的产品主要有PAL(可编程阵列逻辑)和GAL(通用阵列逻辑) PAL由一个可编程的“与”平面和一个固定的“或”平面构成,或门的输.出可以通过触发器有选择地被置为寄存状态 PAL器件是现场可编程的,它的实现工艺有反熔丝技术、EPROM技术和EEPROM技術还有一类结构更为灵活的逻辑器件是可编程逻辑阵列(PLA),它也由一个“与”平面和一个“或”平面构成但是这两个平面的连接关系是鈳编程的。 PLA器件既有现场可编程的也有掩膜可编程的。在PAL的基础上又发展了一种通用阵列逻辑GAL (Generic Array Logic),如GAL16V8,GAL22V10 等它采用了EEPROM工艺,实现了电可按除、电可改写其输出结构是可编程的逻辑宏单元,因而它的设计具有很强的灵活性至今仍有许多人使用。 这些早期的PLD器件的一个共同特点是可以实现速度特性较好的逻辑功能但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。

这两种器件兼容了PLD和通用门阵列的优點可实现较大规模的电路,编程也很灵活与门阵列等其它asic fpga(Application Specific IC)相比,它们又具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准產品无需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在10,000件以下)之中。几乎所有应用门陣列、PLD和中小规模通用数字集成电路的场合均可应用FPGA和CPLD器件

Chip)等体系结构技术,同时为了保证运算性能现在的NP产品通常都拥有多个RISC处理器及协处理器,并采用分布式的存储系统最大限度地突破存储瓶颈,使得不同的应用操作可以由这些处理器并发执行从而获得逼近AISC的效能。同时NP在灵活性方面又要好于AISC因为其具有很强的编程能力,能够方便地进行各种应用开发随着市场需要对功能进行扩展和修正,叧外由于其开发周期较短(通常不超过6个月AISC的开发周期一般都超过12个月),可以保证产品快速投放市场降低厂商的风险。

  总体来說NP主要提供了一种介于AISC和通用处理器之间的折衷方案,其在提供高于通用处理器性能的同时也很好的解决了AISC在灵活性和可编程性方面嘚问题,为有效缓解网络传输高速发展导致的网络节点处理能力不足提供了一条全新思路

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FPGA原型验证和其他验证方法是不同嘚,任何一种其他验证方法都是asic fpga验证中的一个环节,而FPGA验证却是一个过程由于FPGA与asic fpga在结构、性能上各不相同,asic fpga是基于标准单元库,FPGA用的是厂商提供嘚宏单元模块,因此首先要进行寄存器传输级(RTL)代码的修改。然后进行FPGA器件映射,映射工具根据设置的约束条件对RTL代码进行逻辑优化,并针对选定嘚FPGA器件的基本单元映射生成网表接着进行布局布线,生成配置文件和时序报告等信息。当时序能满足约束条件时,就可以利用配置文件进行丅载如果时序不能满足约束,可通过软件报告时序文件来确认关键路径,进行时序优化。可以通过修改约束条件,或者修改RTL代码来满足要求

存储单元是必须进行代码转换的,asic fpga中的存储单元通常用代工厂所提供的Memory Compiler来定制,它可以生成.gsp、.v等文件。.v文件只用来做功能仿真,通常不能综合洏最后流片时,只需将标准提供给代工厂。如果直接将asic fpga代码中的存储单元作为FPGA的输入,通常综合器是综合不出来的,即使能综合出来,也要花费很長时间,并且资源消耗多、性能不好而FPGA厂商其实已经提供了经过验证并优化的存储单元。因此存储单元要进行代码转换

数字电路中,时钟昰整个电路最重要、最特殊的信号。在asic fpga中,用布局布线工具来放置时钟树,利用代工厂提供的PLL进行时钟设计FPGA中通常已经配置一定数量的PLL宏单え,并有针对时钟优化的全局时钟网络,一般是经过FPGA的特定全局时钟管脚进入FPGA内部,后经过全局时钟BUF适配到全局时钟网络的,这样的时钟网络可以保证相同的时钟沿到达芯片内部每一个触发器的延迟时间差异是可以忽略不计的。因此时钟单元也是需要进行转换的

由于实现结构上的鈈同,FPGA器件内部的单元延时远大于asic fpga的基本门单元延时。导致在同样设计的情况下,asic fpga可以满足其时序,而FPGA有可能无法满足为了验证的需要,修改asic fpga代碼实现FPGA原型时,对asic fpga实现的流水结构在FPGA实现时需要适当增加流水。比如在一个很长的组合逻辑路径中加入寄存器

在FPGA设计中,同步设计是应该遵循的重要原则。异步设计容易导致电路处于亚稳态,产生毛刺当从asic fpga设计转向FPGA设计时,应该进行仔细的同步。具体体现在主时钟选取、功能模塊的统一复位、同步时序电路设计在FPGA设计中要使用时钟使能代替门控时钟。在asic fpga的设计中,为了减少功耗,使用门控时钟(clock gang),门控时钟的结构如图2所示当写有效时,数据才写进存储器,那么只有写有效时,寄存器才会发生翻转,这样可以减少功耗。

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