Das FPGA-Kochbuch. Markus Wannemacher. An International Thomson Publishing Company

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1 Markus Wannemacher Das FPGA-Kochbuch. An International Thomson Publishing Company Bonn Albany Belmont Boston Cincinnati Detroit Johannesburg London Madrid Melbourne Mexico City New York Paris Singapore Tokyo THOMSON PUBLISHING

2 Geleitwort i з Vorwort des Autors 19 1 Einleitung 22 2 Was ist ein FPGA? Eine kleine Geschichte der Logikbausteine ASIC-Entwurfsstile Die Typenvielfalt programmierbarer Logik Aufbau eines FPGA Logikblöcke und I/O-Blöcke Architektur und Verdrahtung Zusammenfassung 49 3 Anwendungen FPGAs versus Standardbausteine FPGAs versus PLDs FPGAs versus CPUs/DSPs FPGAs versus ASICs FPGAs als Computer-Elemente Prototyping Rekonfigurierbare Logik Kostenvergleich Time-to-Market 63

3 Entwurf von FPGA-Schaltungen Moderne Entwurfsmethoden für FPGAs Abstraktionsebenen und Beschreibungs-Domänen Abstraktionsebenen Beschreibungs-Domänen Entwurfsablauf im Y-Diagramm Beherrschung der Komplexität Entwurfsablauf Entwurfseingabe Simulation und Verifikation Synthese Place&Route Entwurfsqualität Die Hardwarebeschreibungssprache VHDL Was ist eine Hardwarebeschreibung? Was ist VHDL? Aufbau eines VHDL-Modells VHDL beschreibt Struktur VHDL beschreibt Verhalten Programmiertechnologien SRAM-Zellen EPROM-Zellen Antifuse-Technologien Vergleich der Technologien Bewertung der Vor- und Nachteile Schutz der Innovation Rekonfigurierbarkeit, ISP Flüchtige Programmierung versus OTP

4 6.5.4 Kosten und Schaltungsaufwand Testbarkeit und Zuverlässigkeit Anzahl der Programmierelemente Zusammenfassung Trends und Prognosen Bausteinübersicht Der Markt der FPGA-Bausteine Antifuse-FPGA Actel Antifuse FPGAs QuickLogic: pasici, pasic2, paso Crosspoint Solutions: CP20K, CP100K 7.3 SRAM-FPGA Actel: ES Embedded SPGA Altera: FLEX 8000, FLEX 10K, FLEX Atmel: AT6000 und AT40K DynaChip: DL Lucent Technologies: ORCA-2, ORCA-3, ATT3000 ) Motorola: MPA Vantis:VF Xilinx: XC2000, ХСЗООО, XC4000, XC5200, XC EPROM-FPGA GateField 7.5 Auswahlhilfen Technische Kennwerte PREP-Benchmarks Preise Verfügbarkeit 7.6 Konfigurationsspeicher Altera Atmel Lucent Technologies

5 7.6.4 Motorola Xilinx 7.7 Programmierbare Verbindungsbausteine Aptix I-Cube Lattice Sonstige Verbindungsbausteine 7.8 Feldprogrammierbare analoge Arrays ASB vom Fraunhofer-Institut IMS EPACvonIMP MPAA von Motorola TRAC von Zetex 8 Entwurfswerkzeuge 8.1 Allgemeines Eine kleine EDA-Geschichte Das Betriebssystem Auswahlkriterien Die Übersicht 8.2 Universelle FPGA-Entwurfswerkzeuge Active-CAD CUPL Galileo und Leonardo LOG/iC MicroSimFPGA MINC OrCAD Express PeakVHDL und PeakFPGA Protei Advanced PLD Synario Synplify VeriBest

6 8.3 Große EDA-Systeme Cadance Mentor Graphics Synopsys ViewLogic 8.4 Herstellereigene Werkzeuge ASICmaster von GateField Designer Series von Actel DynaTool von DynaChip Integrated Development System von Atmel Max+Plus II von Altera MPA Design System von Motorola ORCA Foundry von Lucent QuickWorks, QuickTools und QuickChip von QuickLogic XACTstep von Xilinx 8.5 Einzelne EDA-Programme BetterState Compüb von Hantro EASEA/HDL und EALE/HDL FPGA-Pilot GM VHDL Compiler HDLTurboWriter ModelSim 8.5.8* SmartViewer speedchart StateCAD und StateSIM THEDA von Incases VHDLCover VisuaIHDL WaveFormer und TestBencher

7 8.6 Freeware, Shareware, Public Domain Alliance IDaSS Trianus/Hades Lernsoftware VHDLIstart VHDL-MasterClass VHDL-Online VHDL PaceMaker Entwurfsrichtlinien und Tips Testgerechter Entwurf Der JTAG Boundary Scan Konvertierung von FPGA-Entwürfen in ASIC-Technologie ActelMPGA LPGA von ChipExpress MACO von Lucent Netrans von AMI Orbit Semiconductor QuickASIC von Microchip ULC von Temic Xilinx Hardwire Ausblick & Trends Investitionsplanung Neue Bausteine Entwicklung der Technologie Kleinere Versorgungsspannungen ASIC vs. FPGA System-on-a-Chip

8 10.7 IP-Cores, Virtual Components und Design Re-Use Genetische Algorithmen und evolutionäre Hardware 330 A В B.1 В.1.1 B.1.2 В.1.3 В.1.4 С С.1 С.2 С.З С.4 С.5 С.б С.7 С.8 С.9 С.9.1 С.9.2 С.9.3 С.9.4 С.9.5 Glossar Inhalt der CD-ROM Dienst-Programme Datenblätter und Applikationsschriften Entwurfswerkzeuge und Dokumentationen Informationssammlungen VHDL-Anleitungen und -Tutorien Adressen und Informationsquellen Hersteller FPGA Hersteller sonstiger Bausteine Distributoren Hersteller EDA-Tools Anbieter EDA-Tools Seminar-Anbieter FFPGA-Dienstleister Emulatoren und Simulationsbeschleuniger mit FPGAs Weitere Informationsmöglichkeiten Roadshows Fachzeitschriften Internet Konferenzen, Kongresse, etc. Messen

9 D Literaturverzeichnis 381 E Abbildungsverzeichnis 391 F Tabellenverzeichnis 397 Index