面向FPGA的电子系统级 (ESL) 设计

2013-10-23 22:47 来源:电子信息网 作者:和静

逻辑设计领域正发生着根本变化,新一代设计工具能够帮助软件开发者将其算法表达直接转换成硬件,而无需学习传统的硬件设计技术。这些工具及相关设计方法学一起被归类为电子系统级 (ESL) 设计,广义上指从比目前主流的寄存器传输级 (RTL) 更高的抽象级别上开始的系统设计与验证方法学。与硬件语言如 Verilog 和 VHDL比起来,ESL 设计语言在语法和语义上与流行的 ANSI C 比较接近。

ESL 与 FPGA 的关系

ESL 工具已经存在了一段时间,而许多人觉得这些工具主要专注于 ASIC 设计流程。然而事实上,越来越多的 ESL 工具提供商正在专注于可编程逻辑。ESL 流程是对 FPGA 设计工具的一种自然演进,可以使更多和更广泛以软件为中心的用户群更容易地使用可编程硬件的灵活性。

我们来考虑一些由 ESL 和 FPGA 构成重大组合的情景。

1. ESL 工具和可编程硬件一起构成一个基于桌面的硬件开发环境,符合软件开发者的工作流程模型。工具可提供针对特定的基于 FPGA 的参考板的优化支持,软件开发者可以利用这些支持启动项目评估或原型构建。这些板及相应的参考应用程序均使用更高级别的语言编写,这使创建定制、硬件加速的系统更为快速和容易。实际上,现在软件程序员能够以使用微处理器参考板及工具大体相同的方式,使用基于 FPGA 的参考板及工具。

2. 通过使用现在FPGA 中已很普遍的高性能嵌入式处理器,软件和硬件设计组件可以装入到一个器件中。从系统的软件描述开始,您可以根据应用程序的性能要求,将每个设计块用硬件或软件来实现。ESL 工具支持智能分割和软件功能到等效硬件功能的自动导出,从而增加了价值。ESL 提升了“探测式设计和优化”的概念。ESL 方法学与可编程硬件的结合使用,使尝试大量可能的应用实现以及对极大不同的软件/硬件分割策略快速进行实验成为可能。这种实验的能力——尝试新方法和快速分析性能与尺寸平衡——使 ESL/FPGA 用户能够比使用传统的 RTL 方法以更短的时间实现更高的总体性能。通过在更抽象的级别上工作,您可以使用更少的击键和更少的代码行来表达您的意图。这通常意味着更快地完成设计,和更少的犯错机会,而这些错误将需要繁杂的、低级调试。

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图 1 大多数用于 FPGA 的 ESL 工具均针对以软件为中心的用户群

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FPGA RTL ESL

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