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调制解调器的FPGA设计文献综述

1. 发展历史

1985年，当全球首款FPGA产品——XC2064诞生时，注定要使用大量芯片的PC机刚刚走出硅谷的实验室进入商业市场，因特网只是科学家和政府机构通信的神秘链路，无线电话笨重得像砖头，日后大红大紫的BillGates正在为生计而奋斗，创新的可编程产品似乎并没有什么用武之地。

事实也的确如此。最初，FPGA只是用于胶合逻辑(GlueLogic)，从胶合逻辑到算法逻辑再到数字信号处理、高速串行收发器和嵌入式处理器，FPGA真正地从配角变成了主角。在以闪电般速度发展的半导体产业里，“在未来十年内每一个电子设备都将有一个可编程逻辑芯片”的理想正成为现实。

新千年伊始，FPGA 已成为数字系统中的通用组件。容量和设计尺寸快速增加，FPGA 在数据通信领域开辟了巨大市场。2000年代初期互联网泡沫破灭之后，迫切需要降低成本，这也减少了很多“临时”ASIC 用户。定制芯片对小的研发团队来说风险太大。当他们发现FPGA可以解决他们的问题，自然他们就变成了 FPGA 用户。

设计特点在 2000 年代发生了改变。大型 FPGA 容纳超大型设计(完整子系统)。FPGA 用户不再只是实现逻辑;他们需要使 FPGA 设计符合系统标准要求。这些标准主要是指信号和协议方面的通信标准，可用来连接外部组件或者实现内部模块通信。处理标准让 FPGA 在计算密集型应用中发挥越来越重要的作用。积累时代末期，FPGA 已不仅是门阵列，而且还是集成有可编程逻辑的复杂功能集。FPGA 俨然变成了一个系统。

为解决系统设计问题，FPGA 越来越多地整合系统模块：高速收发器、存储器、DSP 处理单元和完整处理器。同时还进一步集成了重要控制功能：比特流加密与验证、混合信号处理、电源与温度监控以及电源管理等。这些特性在 Zynq All-Programmable 器件中得到了充分体现。同时，器件也推动了工具的发展。系统 FPGA 需要高效的系统编程语言，现可利用 OpenCL 和 C 语言以类似软件的流程来编程。

Quartus II^[6]是Altera公司继MAX＋PLUS II后，所提供的FPGA/CPLD开发集成环境，主要针对本公司新器件和大规模FPGA 的开发。Quartus II提供一个容易适应特定设计所需要的完整的多平台设计环境。它不仅包括FPGA/CPLD 设计所有阶段的解决方案，而且也提供可编程片上系统（SOPC）设计的综合性环境。Quartus II除了保留有MAX＋PLUS II^[11]的特色外，也可以利用第三方的综合工具，如Synopsys、NativeLink仿真工具ModelSim 等。设计者可以通过传统原理图输入法^[9]（GDF）或硬件描述语言^[13]（VHDL）设计一个数字系统，通过软件仿真我们可以事先验证设计正确性，在PCB完成后还可以利用CPLD的在线修改能力随时修改设计而不必改动硬件电路。

VHDL是超高速集成电路硬件描述语言的英文简称，它的英文全称为Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,诞生于1982年^[8]。1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部认证为标准的硬件描述语言。但是从IEEE-1076（简称87版)后，有的EDA公司相继推出独立自主的VHDL设计环境，有的宣布自己的设计工具可以和VHDL接口。1993年，IEEE对VHDL进行了修改和订正，从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展VHDL的内容，并公布了最新版本的VHDL，即IEEE标准的1076-1993版本，简称93版^[9]。VHDL和Verilog作为IEEE的工业标准硬件描述语言，在电子工程领域,得到众多EDA公司的青睐，现在VHDL和Verilog已成为最通用硬件描述语言。