有效的利用FPGA的資源之管腳分配

在芯片的研發(fā)環(huán)節(jié)，FPGA驗(yàn)證是其中的重要的組成部分，如何有效的利用FPGA 的資源，管腳分配也是必須考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。一般較好的方法是在綜合過(guò)程中通過(guò)時(shí)序的一些約束讓對(duì)應(yīng)的工具自動(dòng)分配，但是從研發(fā)的時(shí)間段上來(lái)考慮這種方法往往是不可取的，RTL驗(yàn)證與驗(yàn)證板設(shè)計(jì)必須是同步進(jìn)行的，在驗(yàn)證代碼出來(lái)時(shí)驗(yàn)證的單板也必須設(shè)計(jì)完畢，也就是管腳的分配也必須在設(shè)計(jì)代碼出來(lái)之前完成。所以，管腳的分配更多的將是依賴人，而非工具，這個(gè)時(shí)候就更需要考慮各方面的因素。

綜合起來(lái)主要考慮以下的幾個(gè)方面：

1、 FPGA所承載邏輯的信號(hào)流向。

IC 驗(yàn)證中所選用的 FPGA一般邏輯容量都非常大，外部的管腳數(shù)量也相當(dāng)?shù)呢S富，這個(gè)時(shí)候就必須考慮到 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)的布線的難度，如果管腳的分配不合理，那么有可能在PCB 設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)大量的交叉的信號(hào)線，這給布線帶來(lái)很大的困難，甚至走不通，或者是即便是布線走通了，也有可能由于外部的延時(shí)過(guò)大而不滿足時(shí)序方面的要求。所以在管腳分配前對(duì) FPGA工作的環(huán)境要相當(dāng)?shù)氖煜?，要?duì)其中的信號(hào)來(lái)自哪里去向何方非常的清楚，這就按照連線最短的原則將對(duì)應(yīng)的信號(hào)分配到與外部器件連線最近的 BANK 中。

2、 掌握 FPGA 內(nèi)部 BANK 的分配的情況。

現(xiàn)在 FPGA 內(nèi)部都分成幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域中可用的 I/O 管腳數(shù)量各不相同。在 IC 驗(yàn)證中都是采用了ALTERA 與XILINX系列的FPGA ，這兩個(gè)廠商的FPGA中內(nèi)部BANK的分配有一定的差異，這可以在設(shè)計(jì)中查閱相關(guān)的手冊(cè)。下面與 ALTERA 中 Stratix II系列的 FPGA內(nèi)部 BANK 的分配為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

圖中詳細(xì)說(shuō)明了 FPGA 內(nèi)部 BANK 的分配情況和每個(gè) BANK 中所支持的 I/O標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù) FPGA中內(nèi)部 BANK 的分配的情況，同時(shí)結(jié)合圖 1 中信號(hào)的流向也就可以大體固定FPGA在單板中的方向，同時(shí)按照就近的原則將相關(guān)的信號(hào)分配到相關(guān)的 BANK 中，這樣的方法可以完成一般信號(hào)的分配。

3、 掌握所選 FPGA每個(gè) BANK 所支持的 I/O標(biāo)準(zhǔn)。

從圖 2 中可以看出 FPGA內(nèi)部的每個(gè) BANK 所支持的 I/O的標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，所以在管腳的分配時(shí)要將支持相同標(biāo)準(zhǔn)的管腳都集中到一個(gè)BANK中，因?yàn)镕PGA中同一個(gè)BANK一般不同時(shí)支持兩種 I/O 標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然也有例外，這就需要查閱相關(guān) I/O 標(biāo)準(zhǔn)所要求的工作條件。

4、 關(guān)注特殊信號(hào)的管腳的分配

這里的特殊信號(hào)主要是指時(shí)鐘信號(hào)與復(fù)位信號(hào)，或者是一些要求驅(qū)動(dòng)能力較高的信號(hào)。
時(shí)鐘信號(hào)一般都是要求分配到全局的時(shí)鐘管腳，這樣獲得的時(shí)間的延遲將是最小的，驅(qū)動(dòng)也最強(qiáng)。復(fù)位信號(hào)因?yàn)橐笸叫院抿?qū)動(dòng)的能力強(qiáng)，所以一般的情況下也會(huì)從全局的時(shí)鐘管腳送入。
在分配時(shí)鐘時(shí)，根據(jù)時(shí)鐘的多少分配的策略差別很大，也需要重點(diǎn)關(guān)注，這需要查閱相應(yīng)的手冊(cè)看哪些時(shí)鐘分別能到達(dá)哪些區(qū)域，一般的時(shí)鐘都是差分時(shí)鐘，這個(gè)時(shí)候如果所用的不是差分時(shí)鐘就需要注意 P端與 N端一般不能同時(shí)分配給不同的時(shí)鐘信號(hào)。如下圖所示XILINX系列的FPGA中成對(duì)的時(shí)鐘如果是同時(shí)采用那么就不能同時(shí)到達(dá)相同的區(qū)域，因?yàn)榈竭_(dá)相同區(qū)域的時(shí)鐘線只有一根。 所以在時(shí)鐘較少時(shí)最好成對(duì)的 P 和 S 不要同時(shí)使用，而是只是選擇 P 或者是 N 這樣就不會(huì)出現(xiàn)沖突的情況。

5、 兼顧信號(hào)完整性的考慮。

由于在分配中常常會(huì)出現(xiàn)總線分配的情況，同時(shí)大量的總線又有可能常常是同時(shí)翻轉(zhuǎn)，這樣就會(huì)帶來(lái)了一系列信號(hào)完整性的問(wèn)題，所以在管腳分配時(shí)大量同時(shí)翻轉(zhuǎn)的信號(hào)盡量分開(kāi)。

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