FPGA设计及应用 第二版 作者 褚振勇 第1－3章 第2章.pptVIP

2.4 结构化ASIC 2.4.1 简述 　　做为电子设计的两大主流技术，ASIC和FPGA分别针对不同的市场定位，ASIC被用于大批量的专用产品，具有良好的性价比，而FPGA虽单价昂贵，但由于其可编程的灵活性，因此广受小批量应用的青睐。随着日渐增大的产品面市时间缩短的压力，再加上对产品设计的快捷性和灵活性要求的提升，使得FPGA的发展势头强劲，但是原有FPGA固有的弱点，如功耗高、速度慢、资源冗余、价格昂贵等使其在面对复杂功能设计的要求时还是会感到力不从心。因此人们开始考虑通过技术上的融合，在ASIC和FPGA之间找到一条“中间道路”，结构化ASIC可以说是这条中间道路的最成功的尝试。 　　Altera将其推出的结构化ASIC产品命名为HardCopy系列，它提供了从原型到批量成品的完整解决方案，让设计者能够应对成本和风险的上升及市场的不确定性。HandCopy器件系列包括HardCopy APEX、HardCopy Stratix和HardCopyⅡ器件。每种HardCopy器件具有同相应FPGA同样的大容量体系和强大的功能。 图2.20 HardCopy系列 　　HardCopy器件是可编程逻辑器件的准确再现，但没有可编程性，采用用户专用的配置和金属互连布线。这样器件更小，更划算。HardCopy器件支持Altera的大容量器件，是那些寻求低风险、低成本、批量化生产大容量可编程逻辑器件客户的理想选择。第一代HardCopy系列构建在粗粒度FPGA架构上，而HardCopyⅡ架构构建在HCell精细粒度架构上。HCell可支持FPGA无缝移植，可实现ASIC技术那样的密度、成本、性能和功耗特性。与HardCopy相比，HardCopyⅡ的工艺技术也由原来的0.18 μm提高到90 nm，系统性能超过350 MHz，与StratixⅡ FPGA原型(动态和静态)相比，内核功耗降低50％。 　　为了制造HardCopy器件，Altera在多个设计中使用同样的基本阵列，用顶层的金属层实现用户专用的设计。只有Altera提供从经FPGA和在系统验证的设计到掩膜编程器件的无缝移植。Altera的QuartusⅡ软件提供了业界唯一的FPGA和掩膜编程器件统一设计流程的设计软件，设计者使用QuartusⅡ软件(3.0或更高版本)能够使用和Stratix FPGA类似的体系、软件包和设计流程预先针对HardCopy Stratix器件进行设计。他们能够直接设计HardCopy器件(非常类似ASIC)或针对支持HardCopy器件的Stratix、APEX20KE或APEX20KC FPGA进行设计，在移植到掩膜编程HardCopy器件之前在系统对功能进行验证。 　　系统设计者现在能够用QuartusⅡ软件中HardCopyTiming Optimization (HardCopy时序优化)向导设计吞吐量最大的系统，估计移植后的性能和功耗，并给出优化HardCopy器件的策略。设计者也可以使用QuartusⅡ Design Assistant(设计助理)，确保设计符合HardCopy设计规则；HardCopy Files向导能够自动生成所有发布所需的文件，简化了移植过程。 2.4.2 HardCopyⅡ器件 　　HardCopyⅡ结构化ASIC构建在Altera成功的前两代结构化ASIC基础上，实现了业界风险最低、产品面市最快的结构化ASIC解决方案。用户可以采用StratixⅡ FPGA来生成和验证设计，然后无缝移植到有保证的低成本引脚兼容HardCopyⅡ器件中。 　　HardCopyⅡ开发由QuartusⅡ设计软件全面支持，提供业内唯一全面的FPGA原型到ASIC的设计流程。表2.22列出了HardCopyⅡ结构化ASIC、I/O引脚数量、封装和原型选项。 表2.22 HardCopyⅡ系列简介 　　HardCopyⅡ系列构建在精细粒度结构化单元阵列——HCell上，满足了大批量高级系统所需的密度、低成本和高性能要求。HCell集合为HCell宏单元，实现部分StratixⅡ高级逻辑模块(ALM)或部分数字信号处理(DSP)模块功能。QuartusⅡ设计软件的HCell宏单元库为每个ALM配置进行预验证和预定义。QuartusⅡ软件采用该库将每个StratixⅡ ALM映射到HardCopyⅡ设计中。 　　这里可以对HardCopy Stratix移植和HardCopyⅡ移植进行比较。图2.21显示在相应的HardCopy Stratix器件中，Stratix FPGA逻辑单元(LEs)映射为等价的逻辑单元。对于HardCopyⅡ器件，QuartusⅡ软件将每个StratixⅡ ALM中使用的部分映射为HC