FPGA设计中关键问题的研究作者李刚强文章来源《电子技术应用》点击

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接连到时钟输入端或异步清除端,会造成严重的后果。

(4)应该尽量避免隐含RS触发器的出现。一般要控制输出被直接反馈到输入端,采用反馈环路会出现隐含RS触发器,其对输入尖峰和假信号很敏感,输入端有任何变化都有可能使输出值立刻改变,此时易造成毛刺的产生,导致时序的严重混乱。一旦具有隐含的RS触发器,加锁存器消除毛刺是不能解决问题的。此时只有通过全面修改电路来从根本上解决。 (5)每一个模块中只用一个时钟,避免使用多时钟设计,同时避免使用主时钟分频后的二次时钟作为时序器件的时钟输入,因为二次时钟相对于一次时钟可能存在过大的时钟歪斜。对所有模块的输入时钟、输入信号、输出信号都用D触发器或寄存器进行同步处理,即输出信号直接来自触发器或寄存器的输出端。这样可以消除尖峰和毛刺信号。不论是控制信号还是地址总线信号、数据总线信号,都要采用另外的寄存器,以使内部歪斜的数据变成同步的数据。这些表面上看似乎无用的操作可以大大提高电路系统的性能。 (6)应该尽量避免使用延迟线,因它对工艺过程的变化极为敏感,会大大降低电路的稳定性和可靠性,并将为测试带来麻烦。

(7)大部分FPGA器件都为时钟、复位、预置等信号提供特殊的全局布线资源,要充分利用这些资源。这样可以减少电路中的毛刺并且大大提高设计电路的性能。

(8)不要试图用HDL语言去综合RAM、ROM或FIFO等存储模块。当前的综合工具主要用于产生逻辑电路,如需要用这些模块,直接调用或例化相应的宏单元即可。

(9)注意仿真结果和实际综合的电路的不一致性。无论是时序电路还是异步逻辑电路,其行为与其仿真器结果都是不完全一样的。特别是异步逻辑电路,仿真结果将会隐藏竞争冒险和毛刺现象,与实际行为相差较远。故在FPGA设计中,对每一个逻辑门、每一行VHDL(Verilog)语言,必须完全理解,不要期望仿真器替你找到错误。一个好的设计工程师要知道怎样通过修改设计来提高电路性能,而不把责任归咎于所使用的软件。

使用FPGA开发数字电路,可以大大缩短设计时间、减少PCB面积、提高系统的可靠性。它的这些优点使得FPGA技术得到飞速的发展,已经在通信、电子、信号处理、工业控制等领域被广泛应用。随着FPGA容量的增加,SoPC(对信号的处理和整个系统的控制)的应用时代即将到来。SoPC既有嵌入处理器、I/O电路和大规模嵌入存储器,也有CPLD/FPGA,用户可以选择。同时也可以选择PLD公司提供的FPGA

Pro

间。因此,FPGA已成为解决系统级设计的重要选择方案之一。本文对FPGA设计中的关键问题进行了研究,提出了设计中影响系统可靠性的主要问题和解决方案,希望对FPGA设计者有一定的参考作用。


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