在现今的市场上，要让产品迅速上市的压力愈来愈大，但产品的生命周期却不断地在缩短。过去一直稳定地处于十二至十八个月的产品设计周期已不复存在，如今常见的是，产品每六个月便会更新。更短的产品生命周期为OEM厂商在更迅速及有效地把新设计推出市场方面，带来更大的压力。有研究指出，产品若延迟四周推出，便会失去大约14％的市场占有率。

曾经被认为是实现系统设计的最具成本效率之ASIC元件，虽然受益于摩尔定律（Moore’s Law），但也同时受限于此一定律。半导体制程的尺寸不断地缩小，使得供应商可以在设计中加入比以前还要多的功能，这是好的一面。然而，与制造这些更小巧制程相关的成本和时间却呈指数级成长。更低的单位成本已由更高的非重复性工程（NRE）成本和更长的设计周期所抵消。第一次矽晶片的开发费用可能高达2000万美元，而随着设计人员朝着90nm及更高阶的制程发展，成本预计还会再进一步​​增加，而且还要计算出错的成本。重新设计会导致光罩成本升高和上市时间延长。这种种因素使得ASIC只能成为在最大量的应用下才能发挥成本效益的方案。事实上，业界预计可编程逻辑市场在未来几年的成长大多来自于传统量大的消费性电子市场。据市场研究机构Gartner Dataquest估计，2004年的低成本FPGA市场规模大约为3.5亿美元，并将于2008年成长至超过11亿美元。

《图一 低成本FPGA市场规模将持续成长》

FPGA普遍被认为是建构原型和开发设计的最快途径。 FPGA矽晶片由于能够进行编程、除错、再编程和重复操作，因此可以充分地进行设计开发和验证，比ASIC环境能更快实现相同的设计，而且风险更低，因为它不需要“重新设计”一组光罩，只需对FPGA重新编程即可。 FPGA还可透过其现场编程能力延​​长产品在市场上的寿命，而这种能力可以用来进行系统升级或除错。

FPGA入门套件是由FPGA供应商提供的完整设计解决方案，能让设计人员提高开发效率，实现最快的上市时间。入门套件的软体和硬体功能可为设计人员带来很多优点，包括：技术和元件评估、快速设计开发、广泛的设计除错能力及简化设计。

使用入门套件，设计人员基本上便可立即采用先进的技术（如90nm）和FPGA完整平台功能。但是，哪种FPGA架构才适合产品的需求呢？由于在入门套件中唯有FPGA会进入产品的最终设计，因此分析应侧重于FPGA。除了在明显的总闸数和性能参数等考虑因素之外，FPGA技术本身将影响产品的最终设计，因此必须仔细检视。

非挥发性FPGA与SRAM为基础的FPGA比较

过去，以挥发性SRAM为基础的FPGA一直保持着市场领先地位。先进的CMOS制程使得SRAM解决方案在尺寸方面优于其非挥发性的竞争对手，并使得SRAM FPGA在密度方面一直较非挥发性产品（nvFPGA）具有优势。然而，在以价值为基础/低阶FPGA市场上，闸密度现已足够让许多设计受到焊垫而不是内核的限制。这便为那些价格竞争激烈的解决方案开启了替代ASIC产品的市场。 nvFPGA技术能为设计人员带来许多优势。作为单晶片解决方案，设计人员无需费力设计和处理许多与挥发性FPGA相关的支援元件和电路。由于设计工作减少，出错和除错的相关工作也减少，使得执行的风险也降低，因为元件不在板上便不会失效。也正因为不需要全部支援元件及加上一相等单元价格的电路，nvFPGA因此能比挥发性FPGA节省更多的成本。在以SRAM 为基础的FPGA应用中，有关支援元件和电路的成本所费不菲，这包括了启动PROM、CPLD、低电压（brown-out）检测电路、通电次序和其他资源负荷元件（overhead component ）等。

举例来说，以90nm SRAM为基础的元件具有严格的内核电源电压要求，以确保配置式SRAM不会在系统电源低电压的情况下被破坏。配置式SRAM的破坏会导致灾难性的元件损坏。而以Flash为基础的FPGA（nvFPGA），Flash配置单元不会在低电压情况下被破坏，当电源一旦恢复，更会即时恢复。为了检测和管理以SRAM 为基础FPGA的低电压情况，需要在设计中加入额外的周边元件，但以非挥发性Flash为基础的FPGA则没有这样的需要。

随着FPGA的复杂性、功能和市场占有率不断成长，FPGA对矽智财权的相关保护需求也在增加。非挥发性Flash FPGA提供多种水准的设计保密性，优于传统以SRAM为基础的 FPGA和ASIC解决方案。一个典型的系统可能整合一个处理器/DSP、一些记忆体、一些ASSP和一个或多个FPGA。如果能读出FPGA的内容，便可复制（或加强）整个系统的性能，因为所有其他元件都是现成的。与SRAM技术不同，使用非挥发性FPGA，外人就无法截取其位元流，也无法损害周边配置元件。

使用入门套件做出可靠决定

使用入门套件平台有多种好处，评估供应商的元件是其中最重要的一项。设计人员应该都读过供应商的产品手册及了解其FPGA平台的性能、功耗等。但是，这些FPGA元件在产品的设计中表现如何？在给定的工作条件下，功耗会是多少？能支持产品设计所要求的产能吗？而确定系统性能的唯一办法就是将矽晶片放在设计中，然后进行试用。

不使用入门套件的另一个选择，是从头开始设计一个评估目标板，其中包括目标设备的电路板设计图和其他支援电路，以及元件。但是，设计、除错和制造这种评估目标板的机会成本非常昂贵，而且也没必要。在入门套件上进行设计是最快的方法，让产品的设计能在真正的矽晶片上运作。

快速的设计开发

入门套件能让产品「一步到位」。入门套件将软体和硬体都放在一个封装内，是一站式解决方案。此外，在快速设计中，入门套件提供的参考设计与软、硬体工具同样重要。这些编码样品提供了一些展示如何在供应商的矽晶片中实现有关功能的范例。这些过程更会经过最佳化，然后用于各自的架构中，让新的用户看看针对某种环境而最佳化的编码范例。这些编码范例的性质倾向于中性，可以量身剪裁以配合最终用户的实际应用。然后其性能就会被当作比较基准，在矽晶片评估过程中提供协助。

设计弹性

没有设计会只是系统本身。用户需要在系统中存取资料，不是回应外界的驱动因素并提供适当的回应，就是抽取资料进行分析/处理然后送回。正如前述，入门套件是最佳的途径，可迅速开发代码并于矽晶片中实现。此外，入门套件一般具有多项功能，可让设计人员快速将其设计范畴扩大到超越入门套件。

矽智财权

许多设计融合了固定或已知的功能，如通信（即乙太网路和ATM）、汇流排界面（即PCI和CAN）或多媒体（即JPEG和M-JPEG）。 FPGA供应商已开发了这些固定功能区块的程式库。这些程式库如可提供给客户使用，便有助于设计人员加快产品上市。假如系统设计人员在需要时被迫要自行建立这些模组，就会耗费资源，而这些资源本来应该要用于强化设计方面，以胜过其竞争对手。由于这些模组大部分用于与FPGA外面的元件和系统介面，因此能符合标准非常重要。所以，设计创造只是产生这些程式库的一部分。 IP验证、确认和一致性测试是创造可靠的IP程式库之主要组成部分。

入门套件基础

每个入门套件应该由几个关键部分组成。尽管每个供应商的套件都会有所不同，下面是标准FPGA入门套件应有的基本元件：

硬体

入门套件的核心是用于设计的真实元件。 FPGA安放在带有支援电路和许多介面功能的电路板上。为了在系统中工作，FPGA一般需要支援电路。但所需的支援电路数量却因FPGA技术而异。还需要最低限度的电源和时脉源。 SRAM FPGA技术也需要额外的元件，如：低电压检测元件、启动PROM和CPLD，以确保系统通电时的稳定性，这是因为以SRAM为基础的元件并不是通电运行的。以Flash为基础的FPGA入门套件不需要额外的支援硬体，使得设计人员能够评估非挥发性 Flash FPGA技术的所有优点。

为了加速设计开发，入门套件板一般还支援与外接板和系统的通信和互动。管座（header）把I/O引出和标准通信连接器，如RJ-45和DB-9是最常见的标准连接器。通常还带有除错埠，一般是JTAG。常见的还有开关和状态显示LED，以供用户在开发和评估过程中采用。额外的硬体包括电源和连接电路板至PC主机的缆线。

软体工具

当然，如果不能创造设计并将其编程到FPGA中，硬体板便会失去意义。入门套件备有一套开发软体。由于这些软体工具是与套件一起“免费”供应的，因此通常都会有时间限制，或是全功能版本的精简版。这些工具的提供是为了让开发人员进行适当的矽晶片评估，当然，也是为了吸引开发人员购买全功能的软体版本。然而，所有入门套件都不尽相同，较佳的套件当然具有全面和完整的软体工具，没有时间限制，以及全面的除错和编程能力。

工具套件因供应商而异，但大部分套件都支持一些基本功能。为了进行设计创造和验证，用户可利用工具套件导入或创造出设计。要实现设计，就须支持设计编译、电路板设计和布线布局。最后，为了将设计导入FPGA中，还要产生设计位元流。位元流的来源取决于FPGA技术。对于以挥发性SRAM为基础的FPGA，位元流会载入入门套件的配置记忆体中。而使用非挥发性FPGA时，位元流会直接编程至元件中。大多数入门套件都提供设计范例和指导手册，以提升新工具和新开发环境的学习效率。

指导手册

好的入门套件会提供指导手册，能迅速及清楚地告诉用户如何进行设计创新和元件编程。举例来说，入门套件所具备的完整指导手册需能协助设计人员评估以 Flash为基础FPGA的独特能力，并且需比SRAM FPGA所能提供的优秀。入门套件的目标是让设计人员立即开始编码及对评估板进行编程。在被控制的环境中采用已知的良好代码展开设计，有助于设计人员熟悉工具、流程和硬体的应用，无需考虑编写可用的代码。此外，一些入门套件还会提供PCB原理图，可以让设计人员基于已知的工作电路板设计进行布局，大幅节省开发时间。

结论

分析师预测量大的消费性电子应用将于未来几年强力支持可编程逻辑市场的高速成长，到2008年市价会达11亿美元之巨。其中，低成本FPGA市场的成长会占整个消费性电子市场的一半。此一成长也会为市场带来庞大的压力，需要更有效及快速地将新设计投入市场。要实现此一目标最简单的方法之一，便是利用FPGA入门套件，这种方法拥有许多优点，包括加速产品上市时间和能够评估目标FPGA对于指定计画的适用性。

（作者为Actel Flash产品行销总监）

延 伸 阅 读	未来智慧手机的电源管理技术 可编程逻辑元件的应用日益普及，但是在工程师当中，仍然存在一些模糊的概念。本文详细介绍了可编程元件，可重编元件和可重配置元件的基本概念，他对正确选择元件很重要。相关介绍请见「 可编程逻辑元件FPGA/PLD冲击未来的系统设计」一文。 新兴企业日前声称研制出一种FPGA系列的原型，工作时脉频率可超过650MHz，而功率比其它可程式逻辑供应商达到最新技术发展水平的FPGA产品还要低。你可在「 新兴企业研究最新FPGA 频率超过650MHz 」一文中得到进一步的介绍。 在2004年全球ASIC/FPGA市场上居首位的是美国德州仪器（TI）。 TI在2003年首次超过了在销售额上长期保持首位的美国IBM。而且，2004年的销售额比上年增加了36％，与IBM迅速拉开了差距。在「 2004年ASIC/FPGA全球排名TI独占鳌头」一文为你做了相关的评析。

市场动态

TI推出一颗高效率电源管理元件，它是以最新研发的类比制造技术为基础，专门支援智霖的Spartan II/IIE/3系列FPGA产品。利用这颗新推出的三通道元件，设计人员只需搭配更少的外部零件，就能提供给消费性、通讯和数位视讯应用中的完整FPGA电源系统。相关介绍请见「 TI提供高整合度电源管理元件支援Xilinx FPGA」一文。 随着量产型低成本FPGA(如Altera的CyClone系列和Xilinx的Spartan系列)的价格趋近3美元左右，FPGA不仅开始在消费电子市场上挑战传统的固定功能ASIC的地位，而且也开始向工业用便携式应用市场渗透。你可在「 低成本FPGA在工业便携式系统设计中获得应用」一文中得到进一步的介绍。 Altera公司在CCBN 2005上展示了业内第一个面向Video Over IP的FPGA解决方案。 Video Over IP是一种在IP网路上传输视频的数位技术。与其他方案相比，该方案同Altera FPGA的结合 实现了更低的成本、更高的集成度和更大的灵活性。在「 Altera展示业内首个面向Video Over IP的FPGA解决方案」一文为你做了相关的评析。