Конструкторське проектування систем на ПЛІС

За традиційних засобах проектування вхідною інформацією для конструкторського проектування є принципові електричні схеми пристроїв системи, до складу яких входять конструктивно закінчені елементи (резистори, конденсатори, транзистори, ІМС і т.д.), перелік елементів та зв’язків між ними, а також вимоги до захищеності від перешкод, теплообміну, зручності тестування та ремонту і т.д.

Часто система або блок розбивається на плати вже на системному рівні. На конструкторському рівні така компоновка сприймається як початкова. Далі елементи розміщуються на платах, а плати в монтажному просторі. Після чого виконується їх з’єднання (трасування) елементів і плат. Після кожного етапу проводиться верифікація проекту шляхом відповідного моделювання.

Конструкторське проектування систем на ПЛІС має свою специфіку. Якщо за традиційним засобом проектування систем на окремих елементах різні етапи проектування виконувались зазвичай різними САПР, то всі рівні проектування систем на ПЛІС виконуються в рамках однієї сучасної САПР. При чому кожна фірма розробник ПЛІС має свою САПР, яка найбільш пристосована до цих ПЛІС.

Після системного проектування опис структури системи вводиться до САПР. САПР контролює проект і виконує на базі своїх бібліотек синтез системи на рівні регістрових передач, а потім і на вентильному рівні. Одночасно з синтезом виконується перевірка функціонування системи на рівні регістрових передач, а на вентильному рівні - з урахуванням заданих часових обмежень. Значення затримок вибираються на основі середньостатистичних даних фірми. Процес синтезу і контролю ітераційний.

Конструкторське проектування починається з компоновки системи в блоки. Процес компоновки накладає синтезовані компоненти на ресурси ПЛІС. Результатом є початкове розрізання системи на частини і складання списку з’єднань.

Далі виконується розкладка вентилів для ПЛІС типу FPGA або стандартних блоків для ПЛІС типу MPGA в потрібній конфігурації і з’єднання їх відповідними трасами з урахуванням фізичних обмежень в ПЛІС. Цей процес називається розміщенням і трасуванням. Тут у проектувальника є можливість задати додаткові обмеження на розміщення компонентів в кристалі ПЛІС і призначення виводів ПЛІС для зовнішніх входів и виходів проекту. По їх результатах виконується більш точний розрахунок часових затримок, обумовлених довжиною з’єднань, величинами навантажень та іншими факторами. З урахуванням цих затримок проводиться перевірка часових співвідношень шляхом відповідного моделювання системи. Розроблюються додаткові тести. Використовуються ті ж самі умови тестування, що і при функціональній верифікації..

Якщо результати моделювання не відповідають часовим співвідношенням в системі, то треба повернутись до попередніх етапів зі зміною підходів, а інколи навіть до перегляду проекту в цілому чи до заміни ПЛІС.

Якщо результати моделювання задовольняють проектувальника, то формується файл конфігурації, який завантажує систему в ПЛІС типу FPGA (імплементація ПЛІС), або передаються необхідні дані для виготовлення фотошаблонів для напівзаказних ПЛІС типу MPGA. Після чого проводиться остаточне тестування вже реалізованої апаратно-цифрової системи. На цьому проектування системи закінчується.

Одним із засобів покращення методології проектування схем класу MPGA є організація натурних експериментів на прототипних системах (платах). Це додатковий етап значно збільшує вірогідність випуску бездефектної продукції. Прототипна плата це плата, на якій система на MPGA замінюється цією ж системою на схемах програмованої логіки типу FPGA. При цьому забезпечується максимальна схожість між характеристиками прототипу і оригінала. Для чого опис системи задається на рівні регістрових передач, а спосіб завдання інформації повинен бути аналогічним. Широкий спектр прототипних плат зі схемами програмованої логіки і додатковою апаратурою (перед усім ІМС швидкодіючих ОЗП) виготовляються різними фірмами такими, як Altera, Xilinx та інші, і можуть бути використані без додаткових витрат.