FPGA Notes

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本文作者 Ricky Su
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1. Xilinx软件介绍

用Xilinx的软件做FPGA开发，主要涉及到得软件是Xilinx自家的ISE, EDK, ChipScope Pro, System Generator, PlanAhead 和第三方的ModelSim和Synplify。

ISE是主要的逻辑设计软件，其他软件的具体实现功能都依附于ISE。ISE有Foundation版和WebPack版。WebPack版免费，Foundation版收费。两者的区别是支持的器件不同。功能是相同的。

WebPack版支持的功能可以看这里：http://www.xilinx.com/ise/products/webpack_config.htm。
Foundation当然支持所有功能，功能列表可以在这里找到：http://www.xilinx.com/ise/logic_design_prod/foundation.htm。
说这些的目的是，如果开发所使用的器件是WebPack版支持的，那么就从网上下载免费版就好了，不用费劲心机地找Fondation版却用不到他支持的功能。

ChipScope Pro 是片内的逻辑分析仪。可以让用户方便地抓取片内信号进行debug。ChipScope支持的Trig方式非常多样，用熟悉了以后几乎是想要观察什么内部信号都可以观察到，即使他有BRAM深度的限制。
www.xilinx.com/chipscope

PlanAhead工具自从ISE7时代被开发出来并发展了这么多年之后，已经成为了提高设计效率和提高产品性能的有力工具。
它可以帮我们在布局布线之前做好管脚定位和DRC检查、规划区域约束、查看综合网表，并且可以跑多次实现，找出最佳的布局并分析时序。
www.xilinx.com/planahead

EDK - Embedded Development Kit，顾名思义就是用来做嵌入式系统的。它提供对PowerPC硬核和MicroBlaze软核的支持，免费提供一些常用的硬件IP Core，比如各种Memory Controller、各种外设如IIC, SPI, GPIO，并集成了GNU工具链，使之成为软硬件设计一体化的设计工具。设计出的嵌入式系统集标准性与灵活性于一身，可以支持Linux等操作系统，也可让用户自己设计用户IP用作模块接口或硬件加速。
www.xilinx.com/edk

System Generator借助Matlab Simulink的框架使DSP算法用图形化的数据流来说明，在Sysgen的帮助下DSP算法可以轻易在FPGA上实现。特别是它的Hardware Co-simulation功能大大降低了Debug的难度。
www.xilinx.com/sysgen

ISE 产品现在被包装为 ISE Design Suite 发布。Suite 分为 Logic Edition, Embedded Edtion 和 DSP Edition。每个套装都包含了必要的设计和调试工具。任何套装都可以从网站上下载30天免费评估版。
http://www.xilinx.com/ise_eval/index.htm

除了Xilinx的软件，我们通常还会用到一些第三方的软件，比如Synopsys (曾经Synplicity) 的 Synplify 综合工具，Mentor Graphic 的 ModelSim 工具等。

Synplify 可以替代 ISE 自带的 XST。他的优势是编译速度快，编译产生的网表质量可能更高（面积小，频率高）；缺点是1.贵 2.对新器件的支持比原厂慢一拍。

ModelSim 是一款常用的仿真工具。其他和ISE搭配使用的仿真工具有Cadence的NC-Sim和Synopsys的VCS。ModelSim根据价格高低和支持功能的多少分为SE, PE, XE 等版本。其中XE是Xilinx Edition的意思，也就是Xilinx定制版。

ModelSim MX有免费的starter version，也有付费取得License的版本。ModelSim XE 可以和ISE WebPack 一起下载，安装以后在开始里面点licens_e request就可以申请starter的使用权了。另外，可以VHDL和Verilog各申请一个，那么就可以仿真两种语言了，不过不支持mix language。http://www.xilinx.com/ise/verification/mxe_details.html
不过那一页说的ModelSim XE的use case不准，XE,PE,SE的差别还是仔细看这里吧。http://www.xilinx.com/support/answers/24506.htm

ModelSim XE自带有Xilinx的仿真库。如果ISE软件升级，可以从Download Center下载更新的仿真库。如果使用ModelSim PE/SE，那么就需要使用compxlib工具编译仿真库。

2. 软件版本和软件更新

Xilinx的软件工具更新很频繁。自从IDS10以后，基本是三个月出一次升级包 (Service Pack)，一年出一个新版本 (Major Version)。如此高的升级速度，一方面是为了更上新器件的支持要求，一方面是为了修补前期版本的bug。

那么我们是否需要以最快的速度更上更新的速度呢？ 我的建议通常是：
- 正在进行中的项目，如果不是需要新功能或绕过某些已经存在的Bug，那么就不要盲目升级大版本，但是一定要勤快地升级到最新的升级包。
- 新设计尽量用新版本的最稳定版本。比如现在最近版本是11的时候，还是不要急于追新，用最稳定的10.1.03来做开发。

对于操作系统，建议也是类似的：
- 习惯使用Windows的用户还是用Windows XP SP2，最好还是英文版
- 公司最好能有一台大内存64位服务器跑RHEL Linux，提供多用户使用，也更适合跑大器件
(操作系统支持参考http://www.xilinx.com/ise/ossupport/index.htm)

所有以上的建议，目的归根到底可以总结为：
1. 以最大努力保证设计平台的稳定（Windows XP 用的人最多；Linux的内存管理比Windows好，64位系统上的软件业更成熟）
2. 避免陷入已知的Bug中浪费时间
3. 减小遇到未知的Bug的可能性

在产品开发过程中，设计软件总是稳定比功能多来得重要，操作系统总是稳定比好看来得重要。

Xilinx所有的软件下载都可以在Download Center找到(www.xilinx.com/download) 。其内容包括：
- IDS的完整版下载
- IDS更新包的下载
- CAE Vendor Library 就是第三方工具需要使用到的库文件，比如Cadence/Synopsys的综合工具、形式验证工具等。
- ModelSim XE 版本的仿真库更新 （记得我们上面说过ModelSim XE不需要自己编译仿真库吗？）
- Device Models 可以下载用于第三方仿真工具(HSpice, HyperLinks等)所需要使用的 IBIS、HSpice、BSDL模型等。

过往版本的ISE WebPack，可以到ISE Classic页面下载，但是不再提供付费软件的Evaluation。
http://www.xilinx.com/tools/classics.htm
过往版本的最终Update，也可以在Download Center找到，但是中间版本需要在以下这些Answer Record中查找：
http://www.xilinx.com/support/answers/10959.htm
http://www.xilinx.com/support/answers/31741.htm