之前我们讨论过FPGA是什么，也知道了FPGA能做什么，那么FPGA开发流程是怎样的?FPGA开发步骤有哪些呢?我们一起来看下。

FPGA开发流程就是利用EDA开发软件和编程工具对FPGA芯片进行开发的过程。典型的FPGA开发流程一般包括功能定义 / 器件选型、设计输入、功能仿真、综合优化、综合后仿真、实现、布 线后仿真、板级仿真以及芯片编程与调试等主要步骤，如下图。

FPGA典型设开发流程图

接下来，我们对FPGA开发的主要步骤进行一下展开，方便大家进一步理解。

1、功能定义/器件选型

在开发FPGA项目之前，必须有系统功能的定义和模块的划分，另外就是要根据任务要求，如系统的功能和复杂度，对工作速度和器件本身的资源、成本、以及连线的可布性等方面进行权衡，选择合适的设计方案和合适的器件类型。 一般都采用自顶向下的设计方法，把系统分成若干个基本单元，然后再把每个基本单元 划分为下一层次的基本单元，一直这样做下去，直到可以直接使用 EDA 元件库为止。

2、 设计输入

设计输入是将所设计的系统或电路以开发软件要求的某种形式表示出来，并输入给 EDA 工具的过程。常用的方法有硬件描述语言 (HDL) 和原理图输入方法等。原理图输入方式是一种直接的描述方式，在可编程芯片发展的早期应用比较广泛，它将所需的器件从元件库中调出来，画出原理图。这种方法虽然直观并易于仿真，但效率很低，且不易维护，不利于模块构造和重用。更主要的缺点是可移植性差，当芯片升级后，所有的原理图都需要作一定的改动。目前，在实际开发中应用广的就是 HDL 语言输入法，利用文本描述设计，可以分为普通 HDL 和行为 HDL。普通HDL有ABEL、CUR 等，支持逻辑方程、真值表和状态机等表达方式，主要用于简单的小型设计。而在中大型工程中，主要使用行为 HDL，其主流语言是 Verilog HDL 和 VHDL。这两种语言

都是美国电气与电子工程师协会 (IEEE) 的标准，其共同的突出特点有 ：语言与芯片工艺无关，利于自顶向下设计，便于模块的划分与移植，可移植性好，具有很强的逻辑描述和仿真功能，而且输入效率很高。 除了这 IEEE标准语言外，还有厂商自己的语言。也可以用 HDL 为主，原理图为辅的混合设计方式，以发挥两者的各自特色。

3、 功能仿真

功能仿真也称为前仿真是在编译之前对用户所设计的电路进行逻辑功能验证，此时的仿真没有延迟信息， 仅对初步的功能进行检测。仿真前，要先利用波形编辑器和 HDL 等建立波形文件和测试向量 ( 即将所关心的输 入信号组合成序列 )，仿真结果将会生成报告文件和输出信号波形，从中便可以观察各个节点信号的变化。如果 发现错误，则返回设计修改逻辑设计。常用的工具有 Model Tech 公司的 ModelSim、Sysnopsys 公司的 VCS 和 Cadence 公司的 NC-Verilog 以及 NC-VHDL 等软件。

4、 综合优化

所谓综合就是将较高级抽象层次的描述转化成较低层次的描述。综合优化根据目标与要求优化所生成的逻 辑连接，使层次设计平面化，供 FPGA 布局布线软件进行实现。就目前的层次来看，综合优化 (Synthesis) 是指 将设计输入编译成由与门、或门、非门、RAM、触发器等基本逻辑单元组成的逻辑连接网表，而并非真实的门 级电路。真实具体的门级电路需要利用 FPGA 制造商的布局布线功能，根据综合后生成的标准门级结构网表来 产生。为了能转换成标准的门级结构网表，HDL 程序的编写必须符合特定综合器所要求的风格。由于门级结构、 RTL 级的 HDL 程序的综合是很成熟的技术，所有的综合器都可以支持到这一级别的综合。常用的综合工具有 Synplicity 公司的 Synplify/Synplify Pro 软件以及各个 FPGA 厂家自己推出的综合开发工具。

5、 综合后仿真

综合后仿真检查综合结果是否和原设计一致。在仿真时，把综合生成的标准延时文件反标注到综合仿真模型中去，可估计门延时带来的影响。但这一步骤不能估计线延时，因此和布线后的实际情况还有一定的差距，并不十分准确。目前的综合工具较为成熟，对于一般的设计可以省略这一步，但如果在布局布线后发现电路结构和设计意图不符，则需要回溯到综合后仿真来确认问题之所在。在功能仿真中介绍的软件工具一般都支持综合后仿真。

6、 实现与布局布线

布局布线可理解为利用实现工具把逻辑映射到目标器件结构的资源中，决定逻辑的佳布局，选择逻辑与输入输出功能链接的布线通道进行连线，并产生相应文件 ( 如配置文件与相关报告 )，实现是将综合生成的逻辑网表配置到具体的 FPGA 芯片上，布局布线是其中重要的过程。布局将逻辑网表中的硬件原语和底层单元合理地配置到芯片内部的固有硬件结构上，并且往往需要在速度优和面积优之间作出选择。布线根据布局的拓扑结构，利用芯片内部的各种连线资源，合理正确地连接各个元件。目前，FPGA 的结构非常复杂，特别是在有时序约束条件时，需要利用时序驱动的引擎进行布局布线。布线结束后，软件工具会自动生成报告，提供有关设计中各部分资源的使用情况。由于只有 FPGA 芯片生产商对芯片结构为了解，所以布局布线必须选择芯片开发商提供的工具。

7、 时序仿真

时序仿真，也称为后仿真，是指将布局布线的延时信息反标注到设计网表中来检测有无时序违规 ( 即不满足时序约束条件或器件固有的时序规则，如建立时间、保持时间等 ) 现象。时序仿真包含的延迟信息全，也精确，能较好地反映芯片的实际工作情况。由于不同芯片的内部延时不一样，不同的布局布线方案也给延时带来不同的影响。因此在布局布线后，通过对系统和各个模块进行时序仿真，分析其时序关系，估计系统性能，以及检查和消除竞争冒险是非常有必要的。在功能仿真中介绍的软件工具一般都支持综合后仿真。

8、 板级仿真与验证

板级仿真主要应用于高速电路设计中，对高速系统的信号完整性、电磁干扰等特征进行分析，一般都以第 三方工具进行仿真和验证。

9、 芯片编程与调试

设计的后一步就是芯片编程与调试。芯片编程是指产生使用的数据文件 ( 位数据流文件，Bitstream Generation)，然后将编程数据下载到 FPGA 芯片中。其中，芯片编程需要满足一定的条件，如编程电压、编程 时序和编程算法等方面。逻辑分析仪 (Logic Analyzer，LA) 是 FPGA 设计的主要调试工具，但需要引出大量的 测试管脚，且 LA 价格昂贵。目前，主流的 FPGA 芯片生产商都提供了内嵌的在线逻辑分析仪 ( 如 Xilinx ISE 中 的 ChipScope、Altera QuartusII 中的 SignalTapII 以及 SignalProb) 来解决上述矛盾，它们只需要占用芯片少量 的逻辑资源，具有很高的实用价值。

以上就是FPGA开发流程简述，如果您对FPGA开发感兴趣可以联系我们的在线客服咨询相关课程，也可以查看小编之前分享的FPGA怎么学的几个建议。