FPGA编程

现场可编程门阵列(FPGA)是一种电子设备，它包括数字逻辑电路，您可以编程来定制其功能。由于FPGA中的逻辑是专门为执行您的应用程序而编写的，因此它可以比在通用应用程序处理器上运行的软件指令更快地执行此功能，而且功耗更低。在设备上还包含处理器的FPGA称为片上系统SoC FPGA．

如何为FPGA编程?

如果你从MATLAB中的一个算法开始^®或仿真软件^®，您首先需要将设计从刺激和分析中划分出来，定义硬件分区的输入和输出。

FPGA编程的主要步骤有:

1. 硬件体系结构设计。在SoC FPGA的情况下，硬件软件SoC架构．
2. 设计。这是创建硬件逻辑本身的过程，通常是通过使用硬件描述语言(HDL)(如VHDL)编写寄存器传输逻辑(RTL)^®或Verilog^®．目标是在操作连续数据流时匹配算法的功能，使用定点操作提高效率。
3. 验证。这个步骤确保在FPGA编程之前设计工作正常。这可以简单到VHDL或Verilog测试平台；商业项目通常采用通用验证方法(UVM）.
4. 合成。该技术将RTL转换为数字逻辑门，并试图满足您的寄存器到寄存器时钟频率目标，同时尽量减少FPGA上的资源使用。
5. 集成。FPGA已经包含了许多专用的资源——引脚、时钟信号、输入/输出处理(如模数转换器)，以及到片外存储器和板上其他设备的接口。一个SoC FPGA也有专用的寄存器，硬件和软件都可以用来相互通信。你的设计需要插入到这个“参考设计”中。
6. 实现。这是确定FPGA上的哪些物理资源要用哪个逻辑进行编程，以及如何连接(路由)它们的过程。这将产生加载到设备上用于FPGA编程的位流。
7. 实验室测试和调试。FPGA编程完成后，可以使用实输入或测试输入运行。最初的几次尝试通常涉及到弄清楚为什么它不起作用以及如何修复它。大多数情况下，这是由于设计步骤中没有在验证步骤中确定的问题造成的。

用MATLAB和Simulink进行FPGA编程

如果你在MATLAB和Simulink中建模你的算法，你可以专注于设计算法和硬件架构。使用MATLAB和Simulink进行FPGA编程的主要步骤是:

1. 添加硬件体系结构。您将需要调整算法以添加硬件架构来处理连续的数据流，通常是定点数据类型．Simulink提供了一个基于时间的可视化环境硬件体系结构设计．最佳实践是模拟这个版本的设计，并将结果与黄金算法结果进行比较。
2. 代码生成。一旦你有了硬件准备好的设计，高密度脂蛋白编码器™生成独立于目标的Verilog或VHDL RTL，带有返回到模型的链接，用于调试和跟踪功能安全工作流，如做- 254而且ISO 26262．
3. 集成。您仍然需要一个HDL Coder的参考设计来插入您的算法到FPGA编程。许多可以通过以下方式获得硬件支持包，或从您的FPGA板供应商。
4. 合成和实现。HDL Coder可以为RTL合成生成脚本和项目，它集成了来自的合成和实现工具赛灵思公司，英特尔,Microsemi提供自动化的FPGA编程工作流程。

5. 验证。验证RTL功能与算法相同的最简单方法是使用高密度脂蛋白验证器™共同模拟在Mentor Graphics中运行的RTL^®,^®或节奏^®Xcelium™以及您在MATLAB和Simulink中的设计和测试台。在FPGA编程之前，一定要测试尽可能多的场景和角落用例，因为在FPGA上调试提供的可视性要低得多，需要更长的迭代时间。您可以使用仿真软件测试™以编程方式运行和管理您的测试用例，并且仿真软件覆盖™来衡量你对设计的验证程度。
6. 实验室测试和调试。高密度脂蛋白验证器使您能够从MATLAB作为一个AXI Master插入逻辑驱动数据到FPGA，并插入逻辑捕获数据从信号内部到FPGA进行调试。您可以使用MATLAB和Simulink直接调试您的FPGA，无论您是否将它们用于您的FPGA编程工作流。