目前,可编程芯片和定制芯片已经成为嵌入式设计的一项标准特征。EE Times和Embedded Systems Design联合进行的《2006年嵌入式市场调查》结果显示,目前有72%的设计人员在他们最新的嵌入式项目中采用了某种形式的可定制芯片,而其中首选产品是FPGA等能在售后进行修改的现成器件。
由此可见,FPGA在行业内的受关注度不言而喻。在近日Altium Designer全国巡回研讨会的深圳站上,Altium公司中国区总经理曲刚就表达了对FPGA的欣赏。他表示:“二十多年前低成本微处理器的出现,开创了电子产品开发的革命。从那时起,设计人员可以把设计的各个部分转移到高度灵活、易于升级的软件领域。而在电子行业日新月异的今天,我们可以断言:FPGA等可编程器件所带来的变化与上次同样显著。”事实上,Altium此次研讨会的重点,就是推广其增强了FPGA与PCB协同设计能力的Altium Designer 6在中国的使用范围。
未来设计中的“软”元素
FPGA等可编程器件可以承载板卡上的众多电路功能,这样就给硬件设计流程带来很大自由度。在整个设计流程中,FPGA内部的逻辑可以改变和重新配置,在板级设计时可不受硬件连接器件的限制。软件、处理器和外设硬件都可以在FPGA中移动,整个系统存在于一个“软”领域,用户可以在容易进行升级的软件领域工作,改变硬件像改变软件一样简单。这样,所有关键设计决定可以直到设计晚期再做出,整个产品在产品运送前都可方便地升级。
工程师使用传统FPGA工具,一般需要丰富的HDL设计经验和可编程器件知识。为了使工程师利用与板级设计相同的技巧来方便地使用可编程器件,Altium公司推出了Altium Designer。在该工具中,工程师可以采用基于FPGA的预制器件,在原理图编辑器里以模块级将它们连接在一起创建电路设计。器件范围包括用户创建整个设计系统功能所需要的所有器件:从通用的逻辑功能器件(如计数器,复用器和各种逻辑门)到完整的32位处理器和高级外设器件等。
曲刚介绍,Altium Designer 6在推出不到1年时间内,就得到了EDA市场相对成熟的北美工程师的认可,公司在该地区销售额增长了32%左右。
相比于欧美电子产品中已经广泛的使用FPGA,中国由于成本限制,在产品中真正用到FPGA的比例相对较低,现有主要应用还集中在高端领域。不过目前已有越来越多的通讯、医疗电子设备和消费电子领域的客户在设计中需要用到可编程器件,这为Altium designer工具提供了很广阔的应用空间。Altium公司一名现场应用工程师刘景伯透露,海尔已在自己的平面显示器中利用该软件进行CPLD设计。
在此次研讨会上有一个小小的调查,参与会议的100多名工程师中,目前产品中正在使用FPGA的只有6个人,但有接近30人表示预计一年内有可能会设计带FPGA的产品。虽然FPGA不可能进入所有应用领域,但毫无疑问,未来内置嵌入式处理器、DSP和存储器模块的FPGA发展速度还将越来越快。
FPGA自身性价比的变化也为自身发展增加了动力,门数不断增多而价格却不断走低。“预计未来FPGA在中国的应用前景会非常乐观,”曲刚补充道,“我们推出的FPGA+PCB的EDA工具为FPGA的发展提供更广阔的舞台。”
一体化工具使各阶段的设计协作更顺畅
随着产品越来越多的功能向可编程领域及运行于微处理器上的嵌入式软件转移,PCB设计、可编程逻辑设计以及嵌入式软件开发这三者之间的相互依存度日益增加,系统设计的整个流程,开始显示出一种更加融合的趋势。
但是设计流程的融合,却为设计人员带来了困惑。在项目经理眼中,虽然每个工程师都能在各自岗位上很好地完成工作,但是各工程师之间如何进行协作却将是一件麻烦的事情。手工操作容易带来一些小错误,最终导致不得不重新设计甚至停工。针对于此,EDA工具也相应地走上了融合之路。目前,众多EDA厂商的工具,如Cadence公司的PSD,Mentor Graphics的FPGA BoardLink等,已经开始尝试将物理平台的设计、可编程器件的功能实现以及软件元素的设计开发连接起来。
曲刚认为,在同类产品中,Altium Designer最大的优势是真正的“一体化”,用户可在一个集成的设计环境中管理设计流程中的各个方面；此外,它能提供统一的项目和文档管理结构,将各门独立的设计学科融合到同一软件中。融合后,不同项目类型可独立工作,但同时又被逻辑地连接在一起。例如在板级改变FPGA的管脚分配时,Altium Designer可以自动的将该数据反馈到PCB原理图和版图设计数据库,用户无需在不同设计环境间手动传播此数据。类似的,当用户添加存储器或外设硬件到FPGA项目中的处理器时,Altium Designer可自动生成必须的C头文件,对软件项目中的硬件进行寻址。
除了支持芯片厂商的功能设计之外,曲刚还介绍了Altium Designer向系统工程师提供的另外两项支持。首先,跨平台支持。该工具是一个完全独立于FPGA 供应商的设计环境,对Altra,Actel,赛灵思等目前主流厂商的产品全部支持。所以在整个设计流程的任何时间,工程师都可以尝试各个厂家的平台,无论是从研发角度还是产品开发角度,这都是一个非常好的优势；其次,帮助工程师完成整套的产品设计。曲刚将芯片厂商比喻为“铁路警察”,只负责属于自己的领域,而Altium Designer则为工程师连通整个“轨道”,最终完成整套的系统设计。
据了解,除了增加与FPGA的无缝连接,Altium Designer 6在PCB设计方面的功能也得以进一步增强。强大的规则驱动设计、版图和编辑环境可在直观高效的环境中完全控制设计中的各个方面。交互布线功能包含了对差分信号对、BGA逃溢布线、具备网络动态分配功能的引脚或部件的交换功能的支持；增强了多轨道布线功能,在多轨道布线的同时,设计速度变得更快；扩展了对最新软/硬处理器和FPGA器件的支持,提供更大的自由度。
作者:赵娟
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