FPGA開發流程與概念

名詞與概念簡介

• FPGA如其名，主要由邏輯閘(GATE)構成

• FPGA開發主要透過Verilog/VHDL，也就是HDL開發(HDL Hardware Description Language又稱為硬體描述語言)

• 一般的程式主要是將程式碼編譯後產生執行檔，交由CPU執行執行檔

• HDL則會產出數位邏輯電路，並在FPGA板上完成邏輯閘接線．

• 另一個常見名詞RTL為register-transfer level，意同HDL．

設計流程

整體的FPGA設計流程圖如下概括，並以詳述各項細節，下面一些開發流程也會圍繞著相同概念說明各項細節

FPGA Desgin flow

1. Design source file

當設定好要開發的功能細節之後，首先第一步就是先撰寫HDL source code．以下為一個簡單的HDL 加法器範例：

module Full_Adder( A, B, Cin, Sum, Cout );

    input A, B, Cin;
    output Sum, Cout;
	
    wire W1, W2, W3;

    xor xor1( W1, A, B );
    and and1( W2, W1, Cin );
    and and2( W3, A, B );
    xor xor2( Sum, W1, Cin );
    or  or1( Cout, W2, W3 );

endmodule

2. Behavioral Simulation

寫完HDL之後通常會寫testbench觀察波形、驗證行為正確性．

Behavior Simulation 參考例圖

3. synthesis

完成HDL source file以及模擬後，開始合成(synthesis)，此動作會將HDL(也就是verilog/VHDL)轉換成netlist 形式(gate-level)，gate-level指的是把全部描述語言轉換成邏輯表示式，之後再做place & route時，就是以netlist為輸入檔．

Netlist參考力圖

4.Implementation

當產生完netlist檔之後，下一步就要決定各個module裡面擺放位置以及繞線

首先透過先前合成產生的Netlist進行module內部繞線

接著決定各模組於FPGA上的位置

最後將各模組連接起來

5.Bitstream

當implement完成後，就可以使用Bitstream轉換成類似二進制的執行檔，讓FPGA可以按照這個xxx.bit檔案，產生預期的功能與系統．

本篇整理節錄與參考 https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10195959 https://hardwarebee.com/understanding-fpga-programming-and-design-flow/