原创 【原创】FPGA/ASIC设计小比较

(0) 逻辑设计基本思想

ü         逻辑表达式：yout = F(xin1, xin2, ... )

ü         乘积项表达：例子

上图的逻辑表达为：f=(A+B)*C*(!D)

转化为乘积项表达为：f=A*C*!D + B*C*!D

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ü         设计对象：组合逻辑，时序逻辑

ü         设计思想：Data path + State Machine，高阶段还需要有同IC一样的时序分析思想

ü         设计手段：高层次语言（架构描述语言，状态机输入，c语言输入），硬件语言，电路图

ü         验证手段：仿真，仿真的基本思想，Delta延迟步

ü         与c程序开发主要的思想区别

(1) FPGA/CPLD基本思想及与芯片设计Flow的区别

ü         FPGA/CPLD结构，

2        基于门阵列

2        基于RAM

2        其他

ü         与IC区别

2        时钟树固定

2        资源数量/种类（乘法器，memory），位置固定；资源使用效率不同

2        用途，成本

ü         开发Flow与IC区别

2        总的步骤基本一样（工具不同）；但是根据FPGA的特点，除非特殊情况，在仿真阶段不会对FPGA的PC simulation象IC的那么严格

2        设计输入形式有更多的选择（c，hdl，原理图，状态机）

2        仿真形式有更多选择（画波形，写testbench）

2        系统级的验证任务比较重（软，硬，逻辑设计结合）

2        与IC设计的库的选择不同

2        RTL设计风格有所区别

2        与IC设计的时序有所不同（FPGA验证着重逻辑的功能和系统验证，而非与芯片要求真实的时序）

ü         与IC共同点

2        都有自己的methodology（工具链组合，signoff的条件）

2        平台建设（平台的内涵不同），自动化与效率

2        门级仿真难（速度慢，信号不好观察）

ü         FPGA验证的局限性

2        无法反映芯片的时序问题

2        规模有限，可能无法放下整个设计

2        速度有限，可能无法进行实时系统验证

2       

ü        

(2) 设计手段

ü         原理图，适合建立基本硬件概念（从学习角度用）和简单设计

ü         硬件语言（基本手段）

ü         C（算法建模验证）

ü         在做IC验证时，最主要的是，要了解IC和FPGA所使用的不同的库，了解差别；另外就是要注意代码的风格

ü         Lint工具，最好IC和FPGA能使用同样风格的RTL及lint设置

ü         多种工具组合使用，例如synplicity（lint,综合）+ quartus（布局布线）+ ncverilog + formality（一致性检查）

(3) 验证手段

ü         RTL仿真（与IC flow不同的是，使用FPGA的库做RTL仿真）

ü         综合后仿真。使用综合工具（quartus或synplicity）综合生成的.vqm netlist文件仿真（较难debug）

ü         Gate level仿真。用布局布线工具（quartus）生成的.vo文件仿真（较慢，难debug）

ü         反标的gate level仿真。用布局布线工具（quartus）生成的.vo和.sdo文件配合仿真（很慢，难debug）

ü         对于难debug的问题，解决，

2        借助一些工具，例如qutarus的signaltap，能够在一定程度的RTL级插入，保证要观察的信号能够在gate level保持住。

2        写一个通用的debug逻辑插入脚本。基本思想是，把要debug的信号，在RTL级别全部引到顶层模块的port。因为最深入的模块的内层要观察的信号要一层一层逐级引出，手动修改比较麻烦，所以要用脚本的方法。我不知道这个类似思想，是否有现成工具可以使用

2        跟上一个方法类似，但不用扩展模块的port，用module.inst.inst0.signal的方法饮用底层要观察的信号，但很多综合布局不支持（象quartus工具顶多支持引用两级深度）

2        其他办法（？）

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(4) 主要工具

ü         设计输入

2        Quartus

2        Ultraedit

2        Vim

2        Synplicity

2        Modelsim

2        Visual c++/GNU (systemc)

ü         代码检查

2        nLint

2        synplicity

ü         仿真

2        Modelsim

2        Ncverilog

2        QuestaSim

ü         综合

2        Quartus

2        Synplicity

2        Fpga advantage

2        Presision

2        Catapult （c/systemc综合）

2        Celoxica （c fpga综合）

2        ConvergenSC（systemC综合）

ü         布局布线

2        quartus

ü         时序分析

2        Primetime

2        Quartus自带

2        Timequest

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(5) FPGA在验证中的应用与挑战

ü         在验证中

2        如何保证FPGA综合布局布线后的逻辑和RTL级别的一致性

2        如何根据FPGA自身的特点确保自己的时序正确（解决FPGA验证阶段的时序冲突，这个时序冲突只是与FPGA综合布局布线相关，和IC的时序问题不是一个问题，但需要尽量解决，否则很难保证FPGA能够工作起来）

2        如何选择验证case

2        如何得到测试覆盖率，即保证足够的覆盖，又保证效率

2        如何自动化；自动化本身需要花很多资源去做

2        其他（？）

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