基于EDA技術(shù)的FPGA應(yīng)用研究

宋晨

摘 要：EDA技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，有效拓展了我國電子設(shè)計(jì)工作的技術(shù)發(fā)展水平，同時(shí)給FPGA技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造了充足的實(shí)踐空間，本文針對(duì)基于EDA技術(shù)的FPGA應(yīng)用展開了簡要論述。

關(guān)鍵詞：EDA技術(shù)；FPGA；應(yīng)用

一、EDA技術(shù)的基本特征

EDA技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用引致了世界電子設(shè)計(jì)技術(shù)活動(dòng)領(lǐng)域的深刻變革，從技術(shù)起源角度分析，這種技術(shù)是在以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)（CAD，Computer Aided Design）、計(jì)算機(jī)輔助制造應(yīng)用技術(shù)（CAM，Computer Aided Made）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試應(yīng)用技術(shù)（CAT，Computer Aided Test）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE，Computer Aided Engineering）等為代表的人工智能技術(shù)形態(tài)的協(xié)作融合背景下共同形成的。

在應(yīng)用EDA技術(shù)形態(tài)相關(guān)工具開展電子設(shè)計(jì)工作的過程中，電子設(shè)計(jì)師可以基于概念、算法，以及協(xié)議等元素完成針對(duì)電子應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)活動(dòng)環(huán)節(jié)，并且在一系列計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)應(yīng)用形態(tài)的共同協(xié)作和助力條件下，自動(dòng)完成針對(duì)電子設(shè)計(jì)產(chǎn)品的電路設(shè)計(jì)、性能分析，以及IC版圖或者是PCB版圖的生成環(huán)節(jié)。

EDA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用代表了當(dāng)代世界電子設(shè)計(jì)事業(yè)的最新發(fā)展趨向，其基本的技術(shù)特征是借助計(jì)算機(jī)設(shè)備作為主要的設(shè)計(jì)活動(dòng)工具和開展平臺(tái)，并具體遵照自頂向下的電子設(shè)計(jì)工作路徑完成具體的設(shè)計(jì)工作任務(wù)。

針對(duì)EDA設(shè)計(jì)活動(dòng)系統(tǒng)基于方案設(shè)計(jì)以及功能特征角度展開劃分，通常由硬件描述語言部分實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的行為級(jí)設(shè)計(jì)目標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上借助和應(yīng)用先進(jìn)的程序設(shè)計(jì)開發(fā)模塊，自動(dòng)完成后續(xù)的邏輯編譯、簡化、模塊分割、系統(tǒng)綜合、優(yōu)化處理、布局布線設(shè)置PAR，Place And Route）、模擬仿真，以及針對(duì)特定目標(biāo)芯片實(shí)施的適配語句編譯和編程下載技術(shù)操作環(huán)節(jié)，而這些操作環(huán)節(jié)則實(shí)質(zhì)性地共同構(gòu)成了數(shù)字邏輯電路的高級(jí)設(shè)計(jì)應(yīng)用方法。

作為現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作領(lǐng)域的主要技術(shù)形態(tài)，EDA技術(shù)本身具備并行工程（Concurrent Engineering）以及自頂向下（Top-down）兩大主要設(shè)計(jì)特征，其基本的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想就是從設(shè)計(jì)技術(shù)系統(tǒng)的整體技術(shù)要求角度出發(fā)，從行為描述（Behaviour Description）、寄存器傳輸級(jí)（RTL，Register Transfer Level）描述，以及邏輯綜合（Logic Synthesis）三個(gè)基礎(chǔ)層級(jí)，最大限度地實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)工作任務(wù)內(nèi)容的細(xì)化處理目標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上完成最終的設(shè)計(jì)工作任務(wù)。

二、基于EDA應(yīng)用背景的FPGA應(yīng)用表現(xiàn)

（一）在交通信號(hào)燈控制器組件中的應(yīng)用

交通燈信號(hào)燈的主要使用功能是為道路中行駛的車輛提供道路通行信息指示，車輛駕駛員通過紅、綠、黃交通信號(hào)燈的切換變化規(guī)律，來做出具體的駕駛行為決策。

十字路口點(diǎn)位對(duì)道路通行車輛行駛狀態(tài)的控制主要是通過控制紅燈、黃燈以及綠燈的亮滅變化，并借助倒計(jì)時(shí)提示組件提示剩余燈亮?xí)r間的方式完成的。通常在十字路口交通信號(hào)燈的設(shè)備的安裝建設(shè)工作過程中需要獨(dú)立設(shè)置安裝兩套信號(hào)燈應(yīng)用系統(tǒng)，一套針對(duì)東西行駛方向的車流實(shí)施控制，另一套針對(duì)南北行駛方向的車流實(shí)施控制。因此在實(shí)際開展十字路口交通信號(hào)燈控制器組件的設(shè)計(jì)活動(dòng)過程中，應(yīng)分別設(shè)置兩個(gè)彼此功能獨(dú)立的always技術(shù)模塊，并促使兩個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)并行執(zhí)行狀態(tài)，并應(yīng)用同一時(shí)鐘信號(hào)系統(tǒng)針對(duì)兩個(gè)always技術(shù)模塊實(shí)施運(yùn)行狀態(tài)控制，并以此保證處于東西方向和南北方向的交通信號(hào)燈能夠同時(shí)完成切換動(dòng)作。

在確定上述設(shè)計(jì)思路的基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)實(shí)施信號(hào)定義處理環(huán)節(jié)，并借此保證交通信號(hào)燈亮滅變換規(guī)律處于正常運(yùn)作狀態(tài)，而針對(duì)交通信號(hào)燈控制器功能模塊開展設(shè)計(jì)工作，其主要的技術(shù)目的在于實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)燈燈亮持續(xù)時(shí)間的確定，在完成東西方向以及南北方向信號(hào)燈燈亮持續(xù)時(shí)間確定環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)隨即實(shí)施引腳鎖定處理，并借此完成交通信號(hào)燈控制器組件的設(shè)計(jì)任務(wù)。事實(shí)上，在交通信號(hào)燈控制器組件設(shè)計(jì)工作過程中應(yīng)用EDA技術(shù)，主要借助了EDA技術(shù)在促進(jìn)簡單邏輯行為實(shí)現(xiàn)方面的作用，系EDA技術(shù)的簡單性應(yīng)用。

（二）在數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)過程中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用技術(shù)，在現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)、語音資源信號(hào)處理技術(shù)，以及現(xiàn)代多媒體技術(shù)等多個(gè)具體領(lǐng)域中都獲取了廣泛而充分的應(yīng)用空間。

在數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)活動(dòng)的開展過程或者中，最為核心性和關(guān)鍵性的技術(shù)類型就是快速傅立葉變換（FFT）技術(shù)，而在FFT技術(shù)的算法結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)PGA則獲取了專有化的應(yīng)用空間。由于離散傅立葉變換（DFT）本身具備著較長的序列，因而在實(shí)際針對(duì)DFT開展運(yùn)算處理時(shí)，可以借助分解處理將較長的DFT運(yùn)算序列實(shí)施短化處理，而這種處理方法事實(shí)上也就構(gòu)成了FFT思想的核心內(nèi)容。

DFT序列在實(shí)際開展運(yùn)算環(huán)節(jié)的過程或者，本身需要面對(duì)較大規(guī)模的運(yùn)算活動(dòng)量，且消耗較長的運(yùn)算工作時(shí)間，因而在實(shí)際應(yīng)用過程中，這種運(yùn)算處理活動(dòng)的預(yù)期工作目標(biāo)往往較難實(shí)現(xiàn)。面對(duì)上述技術(shù)局面，有關(guān)技術(shù)人員在在明晰離散傅立葉變換運(yùn)算缺陷的基礎(chǔ)上，逐步研究建構(gòu)形成了一種具備快速實(shí)現(xiàn)特征的算法FFT結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用FFT開展序列運(yùn)算活動(dòng)額過程中，具體處理的算法語句包含兩種具體的表現(xiàn)形式：

第一，時(shí)間抽取FFT算法語句；

第二，頻率抽取FFT算法語句。

在實(shí)際應(yīng)用FFT算法語句開展運(yùn)算活動(dòng)的過程中，EDA技術(shù)主要運(yùn)用時(shí)間抽取FFT算法語句，在數(shù)據(jù)資源輸入量水平不斷提升的背景下，系統(tǒng)中的邏輯單元設(shè)置數(shù)目，以及雙口RAM容量的設(shè)置需求都會(huì)發(fā)生較大幅度的增加態(tài)勢(shì)，有鑒于此，在實(shí)際進(jìn)行設(shè)備系統(tǒng)中的FPGA技術(shù)構(gòu)件選擇行為的過程中，應(yīng)當(dāng)充分關(guān)注上述兩個(gè)基本方面的需求水平增加現(xiàn)象，并以此保證相關(guān)的序列運(yùn)算技術(shù)目標(biāo)能夠順利實(shí)現(xiàn)。

三、結(jié)語

針對(duì)基于EDA技術(shù)的FPGA應(yīng)用問題，本文首先簡要分析了EDA技術(shù)的基本特征，之后結(jié)合具體的實(shí)例分析了基于EDA技術(shù)背景下FPGA技術(shù)構(gòu)件應(yīng)用表現(xiàn)，預(yù)期為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪明.基于EDA技術(shù)的FPGA應(yīng)用研究[J].通訊世界，2015（15）.