今天的高速数字产品设计工程师面临着难以应对的测量挑战。首先,他们必须在近乎苛刻的项目进度和预算条件下,使所设计的产品达到前所未有的响应能力、功能和可靠性;同时,在越来越复杂的系统中,设计缺陷有可能仅在多个子系统和软件的互动下实时产生。面对这些困难的验证挑战,现场可编程门阵列（FPGA）这种数字设计中的新核心器件在调试和验证过程中起着越来越重要的作用。通过采用片上技术,FPGA将能适应当前和未来验证的关键要求。FPG
今天的高速数字产品设计工程师面临着难以应对的测量挑战。首先,他们必须在近乎苛刻的项目进度和预算条件下,使所设计的产品达到前所未有的响应能力、功能和可靠性;同时,在越来越复杂的系统中,设计缺陷有可能仅在多个子系统和软件的互动下实时产生。面对这些困难的验证挑战,现场可编程门阵列（FPGA）这种数字设计中的新核心器件在调试和验证过程中起着越来越重要的作用。通过采用片上技术,FPGA将能适应当前和未来验证的关键要求。
FPGA重要性的上升可归结于诸多因素。FPGA能提供众多特性和实现高集成度,其使用范围在几年前就已经远远超出了人们的想像。对于AS
IC设计,采用FPGA作设计原型的占有很高的百分比。FPGA提供可编程的输入/输出（I/O）,大量用户可定义的逻辑,以及许多无需特许的内核,使设计工程师能以相对低的开发成本实现多种多样的设计。随着逻辑密度的增加,单片FPGA 设计就可能包含过去要占用整块电路板的子系统或系统。收缩IC工艺几何学使FPGA成为采用新高速总线的试验场。FPGA设计能在
200MHz以上运行,在单片器件中实现多时域。有了FPGA,设计工程师就可采用新出现的高速标准,如
PCIExpress和 SATA,其开发成本只是ASIC的一个零头。
FPGA 可重编程的固有特性改变了产品的开发过程。开发ASIC的设计工程师们一直依赖于用众多的仿真来验证设计。在制作完成第一片ASIC后,再作更改将是费时且代价高昂的。新一轮的设计可能要花3个月时间。与之相反,FPGA是可重编程的。在把最初设计下载到FPGA后,如果发现芯片存在设计缺陷,即可在几小时内改动设计和重编程FPGA,并且不需要追加经费。对于采用FPGA技术的设计工程师们来说,这是一项极重要的优点。
可重编程的固有特性对设计工程师们的产品开发方式有着重大影响。由于FPGA能很快地开发和修改,因此易于对元件作最终定义。除此之外,开发者也经常用FPGA对系统其他部分的缺陷作最终修正。FPGA往往被放置在设计工程师们最易融入新特性的位置。由于这些原因,FPGA的定义将保持流动。
这一流动性也把设计工程师们对FPGA快速开发设计和进行测试的巨大压力放置到其所处的系统中。在仿真扮演重要角色时,使用FPGA的设计工程师通常很早就能转到原型。并且在几分钟内找到电路中的缺陷,而仿真则会花数日、数周,甚至数月的时间。当在电路中测试FPGA时,逻辑分析仪是关键角色,通过实时测量提供FPGA行为至关重要的信息。在设计工程师们发现问题后,他们即可改动设计,把它下载到FPGA中,然后进行新的测量。采用这种方法,设计工程师们可在开发阶段经历数十次设计和实时测量的反复。
虽然这种方法在过去是很有效的,但随着时间的流逝,FPGA所包容的逻辑量变得越来越大和越来越复杂。1990年代所测的大FPGA尚在约
100000门的范围。而今天的 FPGA能达到百万门。随着用户逻辑的增加,基于内核的设计变得更为诱人。
除控制逻辑外,FPGA通常也用于数据流设计。用户可能融有一个PCI内核,或是一个提供从工业标准总线至专利内部总线桥接的内核。设计工程师可能用阻塞RAM实现若干内部缓冲。也可能设计是由FPGA中的嵌入处理器或
DSP实现。这只不过是少数几种内核选择。
