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Presentation Title

By Author

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快速 FPGA / ASIC 原型设计与验证

单博，MathWorks中国

应用工程师

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实际案例

HDL代码自动生成，并在Xilinx开发板运行

4

日程

介绍使用基于模型的设计方法进行FPGA设计

实际案例– 音频均衡器

定点化模型

HDL 代码自动生成

速度和面积优化

验证: HDL 联合仿真 和 FPGA在环仿真

总结

5

基于模型的设计:

从概念到产品

集成

算法实现 算

法测

试与

验证

射频和模拟

晶体管 MCU DSP

C/C++

算法设计

环境模型

时序和控制逻辑

数字模型 射频模型 模拟模型

算法

需求 预先研究

FPGA ASIC

VHDL, Verilog

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日程

介绍使用基于模型的设计方法进行FPGA设计

实际案例– 音频均衡器

定点化模型

HDL 代码自动生成

速度和面积优化

验证: HDL 联合仿真 和 FPGA在环仿真

总结

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音频均衡器系统要求

• 多种均衡器

• 增益+/-6dB可控

• 5 种用户预定义的均衡器

• Rock

• Pop

• Jazz

• Classical

• Vocal

• 音量控制

• 资源限制在FPGA合理范围内

• 音效良好

8

起点

已定义用于参考的浮点算法

初始化模型中的数据类型已根据人工估计的范围，进行了定点化

浮点模型

定点模型

9

对定点化模型进行优化

Simulink 允许定义有限精度的数据类型

– 字长

– 小数部分字长

Fixed-Point Tool – 检查 信号

min/max, overflow

– 对数据类型进行优

化

Demo

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日程

介绍使用基于模型的设计方法进行FPGA设计

实际案例– 音频均衡器

定点化模型

HDL 代码自动生成

速度和面积优化

验证: HDL 联合仿真 和 FPGA在环仿真

总结

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自动产生HDL 代码 Simulink HDL Coder

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刚刚所见– 自动产生HDL 代码

可读, 可移植

HDL 代码

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代码与模型双向可追踪

完整保存模型与代码间的层级结构

完整保存信号和端口命名

代码中注释可链接到模型，反之亦然

代码还可以链接到需求(DO-254)

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日程

介绍使用基于模型的设计方法进行FPGA设计

实际案例– 音频均衡器

定点化模型

HDL 代码自动生成

速度和面积优化

验证: HDL 联合仿真 和 FPGA在环仿真

总结

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硬件设计挑战:

面积与速度优化

X

X X

X X

X

X MUX DEMUX

SCHEDULING

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面积速度优化

使用streaming option

减少音频均衡器中乘法器的使用数量

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所看见的- Workflow Advisor

配置FPGA

物理设计及关键路径高亮

产生HDL 代码

为HDL代码生成，准备模型

选择ASIC, FPGA, 或 FPGA 目标板

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回顾：自动HDL代码生成 Simulink HDL Coder

可读、可移植的HDL代码

目标ASIC和FPGA

标准Simulink模块库

按键式配置Xilinx 和Altera FPGA

面积和速度优化

模型和代码间双向追溯

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日程

介绍使用基于模型的设计方法进行FPGA设计

实际案例– 音频均衡器

定点化模型

HDL 代码自动生成

速度和面积优化

验证: HDL 联合仿真 和 FPGA在环仿真

总结

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使用联合仿真验证HDL代码 HDL Verifier

复用系统级模型作为testbench

与ModelSim 和Cadence Incisive进行联合仿真

闭环验证

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使用硬件验证算法

HDL Verifier 使用FPGA 硬件进行联合仿真

– 复用系统级模型作为testbench

– 执行大规模仿真

– 增强对于设计可在流片阶段正确工作的信心

支持一系列FPGA开发平台

– 通过千兆网线快速数据交互

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MATLAB

– 用于建模和生成HDL实现的MATLAB语言相关子集

– 支持HDL的有用的MATLAB功能模块设计模式

Stateflow

– 有限状态机建模 (Mealy, Moore)

– 不同的建模范式 (图形化方法,

状态转换表, 真值表)

– 整合MATLAB代码

MATLAB和Stateflow对HDL Coder的支持 支持HDL的模块

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基于模型的设计:

从概念到产品

集成

算法实现 算

法测

试与

验证

射频和模拟

晶体管 MCU DSP

C/C++

算法设计

环境模型

时序和控制逻辑

数字模型 射频模型 模拟模型

算法

需求 预先研究

FPGA ASIC

VHDL, Verilog