Pentek 開展的FPGA設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)周期同時(shí)最小化風(fēng)險(xiǎn)

作者：Robert Sgandurra，Pnetek公司產(chǎn)品總監(jiān)

當(dāng)面對(duì)一個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃時(shí)，你最后一次聽到“需要多長(zhǎng)時(shí)間就花多長(zhǎng)時(shí)間”或者“如果第一次不成功，不要擔(dān)心，你總能搞定的”這些話大概是什么時(shí)候的事？很可能從來就沒有過。隨著FPGA變得越來越強(qiáng)大，處理的任務(wù)范圍也越來越廣，縮短設(shè)計(jì)周期并且最小化風(fēng)險(xiǎn)變得前所未有的重要。

Pentek公司作為一家商用現(xiàn)貨（COTS）FPGA的數(shù)據(jù)處理和采集產(chǎn)品制造商，通常是FPGA技術(shù)與最終用戶應(yīng)用之間的接口。這使得Pentek處于支持客戶作為工程合作伙伴的獨(dú)特位置，其最終共同目標(biāo)是解決他們的最終需求。 Pentek已經(jīng)學(xué)到了很多關(guān)于如何縮短設(shè)計(jì)周期和最小化客戶風(fēng)險(xiǎn)的知識(shí)。 以下是Pentek及其客戶發(fā)現(xiàn)的有價(jià)值的一系列策略。

利用FPGA設(shè)計(jì)工具

Pentek公司推出的每一款基于FPGA的產(chǎn)品交付時(shí)都附帶一整套功能包，作為IP來進(jìn)行安裝。盡管這些產(chǎn)品可以直接用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理的解決方案，但是大多數(shù)用戶都會(huì)安裝自己自定義的IP來進(jìn)行特定應(yīng)用的處理。Pentek公司推出的FPGA設(shè)計(jì)工具集搭配Zynq UltraScale+ RFSoC會(huì)提供所有生產(chǎn)用的IP以及一些通用功能的IP庫，用戶在搭建自己設(shè)計(jì)時(shí)可以用到。這些IP集成模塊可以輕松的導(dǎo)入Xilinx Vivado設(shè)計(jì)工具，所有IP都支持AXI4協(xié)議并且可以無縫對(duì)接Xilinx提供的IP資源。這可以讓我們快速訪問整個(gè)設(shè)計(jì)，不用再去學(xué)習(xí)新的工具或者了解IP設(shè)計(jì)定義，從而節(jié)省了項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)間。

圖1：利用Xilinx和Pentek向?qū)K組合開展的FPGA設(shè)計(jì)

使用廠家提供的IP功能

雖然每個(gè)用戶的設(shè)計(jì)都是不同的，但是所需的許多功能都是相似的，每一款硬件產(chǎn)品所提供的IP不僅支持硬件特性，比如A/D轉(zhuǎn)換板卡的數(shù)據(jù)采集或者D/A轉(zhuǎn)換板卡的波形發(fā)生器，而且還支持一些比較常見的高級(jí)功能，原本這些功能可能是由硬件來處理的。Pentek公司推出的基于Zynq UltraScale+ RFSoCs的產(chǎn)品支持以下功能庫：
? 數(shù)據(jù)采集用于抓取和傳輸A/D數(shù)據(jù)
? 波形生成，將數(shù)據(jù)傳輸給D/A或者讀取存儲(chǔ)在內(nèi)存中的波形數(shù)據(jù)
? 用于雷達(dá)測(cè)試應(yīng)用的雷達(dá)啁啾聲和信號(hào)發(fā)生器
? A/D校正功能
? 100GigE UDP引擎
? DMA引擎用于高速數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)

在每種情況下用戶都可以通過編輯提供的VHDL源代碼來使用這些IP功能，在所有情況下從競(jìng)爭(zhēng)的角度來看經(jīng)過測(cè)試的IP加速了產(chǎn)品開發(fā)并且降低了風(fēng)險(xiǎn)。

簡(jiǎn)化從開發(fā)到部署的流程

Pentek公司推出的Quartz系列采用的是Zynq UltraScale+ RFSoCs，而且都是基于QuartzXM，它是一款緊湊的模塊系統(tǒng)，包括了Zynq UltraScale+ RFSoC所需的所有電路設(shè)計(jì)。

圖2：Model 6001 QuartzXM RFSoC模塊化系統(tǒng)

這個(gè)設(shè)計(jì)背后的想法很簡(jiǎn)單：解決模塊電路設(shè)計(jì)和PCB方面面臨的最大挑戰(zhàn)，并且保證Zynq UltraScale+ RFSoC最佳的模擬和數(shù)字性能。當(dāng)這款模塊設(shè)計(jì)完成并且經(jīng)過驗(yàn)證，Pentek公司可以擴(kuò)展為各種接口形式的模塊，比如PCIe和3U VPX。

圖3：Model 5950，3U VPX RFSoC模塊板卡（拆下蓋子顯示的是QuartzXM）

雖然以標(biāo)準(zhǔn)的形式提供這種設(shè)計(jì)非常重要，但是用戶所能看到的最大好處是可以在有限的空間或者不滿足標(biāo)準(zhǔn)形式應(yīng)用部署Zynq UltraScale+ RFSoC。Pentek公司提供的工具集包含所需的電氣、機(jī)械和散熱設(shè)計(jì)指導(dǎo)，讓客戶能夠?yàn)镼uartzXM設(shè)計(jì)自己的承載板卡。將如此多的功能封裝在QuartzXM模塊中，用戶可以從一款經(jīng)過驗(yàn)證的Zynq UltraScale+ RFSoC平臺(tái)開始，專注于更簡(jiǎn)單的承載板卡設(shè)計(jì)。此外它還提供了一套標(biāo)準(zhǔn)的、低成本的、易于操作的原型開發(fā)流程，用戶可以根據(jù)自己情況選擇PCIe接口的Quartz模塊，或者使用3U VPX形式的模塊，還提供低成本的Model 8257開發(fā)模塊共用戶選擇。開發(fā)好應(yīng)用程序IP和軟件之后，在需要時(shí)可以通過設(shè)計(jì)定制的載板將解決方案部署到系統(tǒng)中，因?yàn)檫@兩個(gè)系統(tǒng)的硬件核心是相同的，所有IP和軟件可以在不做任何更改的情況下從開發(fā)移植到部署系統(tǒng)中，所以這些設(shè)計(jì)技術(shù)都大大降低了風(fēng)險(xiǎn)，縮短了開發(fā)時(shí)間。

提供工程師對(duì)工程師的支持方式，確保產(chǎn)品的成功

即使提供最好的產(chǎn)品文檔也抵不上工程師對(duì)工程師的對(duì)話交流，這對(duì)于設(shè)計(jì)的整個(gè)周期可以最小化風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)節(jié)省時(shí)間。Pentek公司推出的所有產(chǎn)品都提供免費(fèi)的終身技術(shù)支持服務(wù)，如果出現(xiàn)問題客戶可以隨時(shí)聯(lián)系到Pentek公司的工程師。

設(shè)計(jì)周期時(shí)間和降低風(fēng)險(xiǎn)是整個(gè)項(xiàng)目過程中非常真實(shí)重要的一部分，盡管風(fēng)險(xiǎn)永遠(yuǎn)是開發(fā)創(chuàng)新過程中固有的一部分，Pentek公司的態(tài)度是認(rèn)為降低風(fēng)險(xiǎn)縮短設(shè)計(jì)周期與為客戶提供最高性能和創(chuàng)新產(chǎn)品是同等重要的事情。