基于FPGA/CPLD数字系统的设计规则

时间:2023-03-11作者:佚名
进行数字系统设计时,通常需要考虑多方面的条件和要求,如设计的功能和性能要求,元器件的资源分配和设计工具的可实现性,系统的开发费用和成本等。虽然具体设计的条件和要求千差万别,实现的方法也各不相同,但数字系统设计还是具备一些共同的方法和规则。
1.分割准则
自项向下等层次化设计方法,首先需要对系统功能进行分割。分割过程中,若分割过粗,则不易用逻辑语言表达;分割过细,则带来不必要的重复和繁琐。掌握分割程度,可以遵循以下的原则:分割后最底层的逻辑块应适合用逻辑语言进行表达;相似的功能应该设计成共享的基本模块;接口信号尽可能少;同层次的模块之间,在资源和I/O分配上,尽可能平衡,以便结构匀称;模快的划分和设计,尽可能做到通用性好,易于移植
2.系统设计的可测性
在系统设计中,应该同时考虑功能检查和性能的测试,即系统可测性。一些有经验的设计者会自觉地在设计系统的同时设计观测电路,指示系统内部的工作状态。建立观测电路应遵循以下原则:具有系统的关键点信号,如时钟、同步信号和状态等信号;具有代表性的节点和线路上的信号等。
可测性的发展
边界扫描测试(BST)架构
提供了在PCB上狭小的空间中高效的测试器件的能力。BST架构使得器件在正常工作的情况下,可以不使用物理探针测试管脚连接情况和捕捉功能性的数据。器件当中的边界扫描单元迫使信号传输到管脚中,或者从管脚和内核逻辑中捕获信号。测试数据串行移位进入边界扫描单元。捕捉得到的数据被串行移出器件,并且在外部和期望结果相比较。目前,在复杂数字系统中采用边界扫描测试技术得到一定的应用。
3.系统设计的重用性
1)设计者应该尽可能采用同步电路进行设计,系统中应该有时钟和复位信号
。异步电路会造成较大延时和逻辑竞争,容易引起系统的不稳定,而同步电路则是按照统一的时钟工作,稳定性好。因此在设计时尽可能采用同步电路进行设计,避免使用异步电路和锁存器。在必须使用异步电路时,应采取措施来避免竞争和增加稳定性。随着FPGA/CPLD设计规模的逐渐增加,片上时钟分布的质量变得非常的重要,要充分有效的利用FPGA/CPLD专用的时钟分布资源和使用方法,产生高扇出低畸变的时钟信号。
2)FPGA/CPLD的结构可以提供一定数量的片上存储器块。在FPGA/CPLD设计当中,存储器通常使用FPGA/CPLD芯片厂商支持的模块或者是模块发生器,在高速的SRAM(如350MHz)、零总线等待时间、大容量特点的存储器在SOC设计中推荐采用片外存储器。可以通过如下3种方式实现分布式RAM或者是块状RAM:RTL描述;图形例化;器件指定的存储器编译器。
3)复杂、系统级芯片需要各种标准的I/O接口。当需要设计重用模块时,选择支持所需要I/O电压标准的SOC芯片。任何包含不同I/O标准的重用模块应该充分使用FPGA结构提供的I/O标准的优点,并应该对所需要的电压标准做详细的说明。

4)编码是数字系统设计者应该给予足够重视的一项工作。在进行编码时,应该尽量用二进制编码方式,以提高编码效率和资源的利用率,减少对器件插入线、输出线、乘积项、寄存器等资源的消耗。对内部状态编码,应该尽量采用最短的编码形式。除此之外,对编码的结构也需要进行优化并对无效编码进行相应的处理。对于实际情况中不可能出现、但在编码中存在的无效编码,如果不会造成危害性结果,可以按任意态处理;对于会带来危害的非法编码,应采取措施防止或引导到有效编码状态上来。
4.最优化设计
由于可编程器件的逻辑资源、连接资源和I/O资源有限,器件的速度和性能也是有限的,用器件设计系统的过程相当于求最优解的过程。最优化目标有多种,设计中常见的最优化目标有:器件资源利用率最高;系统工作速度最快,即延时最小;布线最容易,即可实现性最好。具体设计中,各个最优化目标间可能会产生冲突,这时应满足设计的主要要求。
5.可靠性设计
可靠性是指“一个系统在一定的环境下,在所给定的时间内能按照预定的要求完成一定功能的概率”。这个定义表明,如果系统中存在故障,但是只要它不影响正常功能的执行和完成,系统仍然是“可靠”的。同时,“可靠性”是相对于一定的工作条件和工作时间范围的。因此提高系统的可靠性,首先要提高元器件的质量。但是,提高元器件质量的方法同样提高了系统成本。提高系统可靠性的另外一些办法有:故障容错技术、编码检错技术、自检测试技术和软件容错技术等。

相关阅读

揭秘:企业如何通过变压器升级年省电费2万元?

随着国家对节能减排的重视程度不断提升,新型的节能高效变压器成为了电力行业的新宠。自2021年6月1日起,GB20052-2020《电力变压器能效限定值及能效等级》正式实施,标志着电力变...
2024-08-19
揭秘:企业如何通过变压器升级年省电费2万元?

电机应用广泛,规格种类相差巨大,最小的被人们时刻握在手里

在现代工业制造中,电机是应用最广泛的传动装置,迄今已经发展出多种类型,研发出多种控制方式,大到生产机械,小到家电,精细的医疗器械都离不开各种电机,电机作为工业文明...
2023-04-02
电机应用广泛,规格种类相差巨大,最小的被人们时刻握在手里

太详细了,图文详解电能表接电7大步骤!

1 就位 将电能表、电流互感器、联合接线盒等设备安装就位,布置原则是电能表与联合接线盒之间的垂直距离为15厘米,电能表边距大于4厘米。互感器之间的水平距离为15厘米。 2 下料...
2023-06-11

西门子S7-300PLC的PID功能块的应用经验

1、可以在软件中进行自动整定; 2、自动整定的PID参数可能对于系统来说不是最好的,就需要手动凭经验来进行整定。P参数过小,达到动态平衡的时间就会太长;P参数过大,就容易产...
2023-03-21

电容器常用的介质材料有哪些

客观地说,电容器在某种意义上类似于电池。虽然电容和电池的工作模式有很大的不同,但共同点是它们都是可以完成电力的设备和设备。但相对而言,电容器的工作原理要简单得多。...
2023-03-31
电容器常用的介质材料有哪些

热销商品

德国进口雅马哈风力灭火机大功率手提森林灭火器落叶工地吹雪机汽

德国进口雅马哈风力灭火机是一款高效、可靠的森林灭火和清理设备。它拥有大功率风机,能够迅速吹散落叶、杂草和积雪,有效清理工地和森林地面。这款灭火机采用先进技...
¥ 692.5

3M自粘橡胶条高硬度耐压实心幕墙玻璃舞台搭建货架专用减震密封条

3M自粘橡胶条是一款专为高要求工业及建筑场景设计的高性能密封减震材料,采用高硬度实心橡胶材质,具备优异的耐压性、抗老化性和持久弹性。其独特的自粘背胶设计,安装...
¥ 1.6

公牛官方旗舰店开关插座空调16A插座五孔10A面板暗装多孔G12白灰

公牛官方旗舰店提供一系列高质量的开关插座和空调配件。这款16A插座五孔面板采用暗装设计,适用于多种安装环境,如墙面、天花板等。它具有10A的电流容量,可以满足家庭...
¥ 5.55

电位器旋钮电流调节螺帽直流逆变电焊机二保焊送丝机通用旋钮B102

电位器旋钮电流调节螺帽适用于直流逆变电焊机和二保焊送丝机,是一款通用的旋钮B102。该旋钮采用优质材料制造,具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀等特点,能够长时间稳定运行...
¥ 0.7

西门子开关插座无框皓彩米绒白亚光二三插USB10A五孔一开旗舰店

西门子开关插座无框皓彩米绒白亚光二三插USB10A五孔一开旗舰店,作为西门子品牌的专卖店,提供了一系列高品质、设计新颖的家居电气产品。这里销售的开关插座采用无框...
¥ 8.77

网站栏目