关键字：FPGA PLD架构 PSC SoC
随着SoC设计中混合信号器件的增加，基本的功能验证在半导体的早期制备中变得十分重要。没有这种验证，系统设计人员将需要为半导体制备的返工耗费数以百万计美元，并且浪费宝贵的设计和验证资源，而且还可能错过产品上市的良机。幸运的是，现在的设计人员比过去有更多的选择;设计混合信号系统不再局限于混合信号ASIC、模拟MCU或分立组件。FPGA为系统集成开辟了新的方向，能够改善系统集成的各个方面，如降低总体系统成本、提高可靠性、实现可重配置性、缩短开发时间等。这种以可编程系统芯片(PSC)为核心的崭新解决方案将FPGA门、嵌入式Flash和模拟功能集成在单一可编程器件中，提供理想的低成本方案，具备真正的可编程性，而且可让系统设计人员快速地设计和开发复杂的混合信号系统。
关键要素
如果要一次投片成功，要选择好的且通过基本功能验证的可编程设计平台是非常重要的。据市场研究机构Dataquest1报告指出，FPGA从广义上讲，正成为现代高度集成SoC系统的首选媒体。原因很明显;由于FPGA的半导体构架是“预制”的，不存在非经常性工程(NRE)成本，加上任何可能影响产品性能或器件可靠性的工艺变数实际上均已解决。涉及芯片整体运行的大量复杂因素(包括影响时序的寄生RLC效应等)均已准确确认，并纳入产品的技术资料表中。因此，所有的验证循环都可以针对设计的特有功能。下一步所需的是验证方法，可以将确定设计及进行迭代的时间减至最少，并且保留所有设计内容。这可通过智能建模(即剔除一些不太重要且不会影响整个系统行为的细节)以及将所得到的模型映像到经已充分了解的流程来实现。
越来越复杂的内容
现场可编程性是系统集成的一个全新方向。这个新方向能够实现更深层面的集成，并具有多个重大优点：系统设计人员可在其系统中省掉多个器件，并将器件的功能集成到一个单芯片PSC中，大幅简化系统的设计;显著减少部件数目意味着外形尺寸也可显著减小;微控制器核的集成将使主处理器摆脱外设的任务，从而降低系统处理对数据吞吐能力的要求。
Actel Fusion PSC是首个能满足这种需求的可编程逻辑解决方案，首次将Flash内存、混合信号功能及微控制器技术与FPGA提供的硬件可重配置性的各种基本优点融合在一起。集成的内容越来越复杂，意味着可以将更多的可能性集成到更小的器件中，但同时也会向FPGA设计人员提出一些新的挑战，例如至少得应对混合信号设计的复杂性。鲜有FPGA设计人员有机会在这个领域中取得丰富的经验，那么，应采用什么方法管理这些项目的复杂性并确保一次性成功呢?这种交叉领域的专门技术必须集成在开发工具流程中。开发工具必须足够“聪明”，能够管理接口、配置和初始化等关键细节，以便将不同的部件联结起来，形成一个工作整体。在理想的情况下，可采用与传统开发工具基本相同的流程，将这种新系统功能的复杂设计内容聚合起来。
传统的FPGA设计流程
在选择ASIC或可编程解决方案时，第二个考虑因素是FPGA工具的易用性和成本效益。众所周知这些工具是用于集成高度复杂的设计功能，如快速架构开发(即通过快速生成核来实现开发)、逻辑和物理综合、行为和结构仿真，以及各种创新的调试技术。这些系统越来越多地向更高的抽象层扩展，涵盖器件/系统建模、设计分区、基于总线的通信协议和软/硬件协同验证。但传统FPGA设计流程的基本目标是将所需要的部件捆绑成一个“按钮”式的流程，容许单一工程师便可定义、生成和验证设计的“软”副本，然后在硬件FPGA系统门中实现和调试。
不仅ASIC/FPGA设计人员很少拥有系统/模拟设计的实际经验，大多数系统设计人员同样也缺乏数字逻辑的设计经验。因此，越来越复杂的设计内容要求工具流程必须“智能化”，也就是说，开发工具可以对不同的系统部件进行智能配置及初始化，并将这些部件正确地联结在一起，使所有交叉领域复杂性的验证任务变得简单。在这种情况下，接下来还得生成一个FPGA!在设计的前期(相对于实现阶段而言)，这种复杂性通过3个关键环节来管理，即部件建模、设计实例化和验证流程。
部件建模
当针对半导体制备进行部件建模时，重要的是仔细权衡部件的细节行为和验证系统是否正确工作所花费的时间。这种权衡对PLD架构内的模拟部件尤其重要，即使这部分的预制性表明这些问题已经解决。在最高的抽象层，所有模拟部件都是数字部件，其模拟行为的模型是通过叠加严格的数字化行为指标来建立。这里的技巧是抽出部件的全部行为细节，同时保留那些决定最终系统能否满足设计要求的功能。对于PSC流程，模拟功能的电气特征参数(如：信号完整性、A/D转换功能和耦合效应)均可在产品技术资料表中查到，并基于实际半导体器件的特征数据。基本的模拟开关行为包括输入预定标、微分增益、迟滞、A/D控制功能和输出行为等，都被抽象成粗略的数字行为模型，适合在数字仿真器中描述系统级的行为特征。
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