高速低功耗FPGA的应用设计
Actel公司是众多FPGA生产厂家中的著名供应商，美国的火星探路者使用了该公司的FPGA，表明它具有优异性能。
54SX系列FPGA是公司新一代产品，采用Actel专利的反熔丝技术制成。SX系列器件采用FastConnect与DirectConnect两种创新的局部连线资源将逻辑块连接在一起。一方面，这两种连线为分段式连线资源，因而连接电容更小。分段结构还允许切断未使用连线，进一步减小电容，连接电容的减小意味着功耗的降低；另一方面，该系列器件是在细颗粒的4输入多路选择器基本逻辑块上构建的，并且具备有多个控制输入，一个基本单元能实现所有5输入逻辑功能，使大规模的逻辑映射更有效。这种细颗粒结构与大量分段式连线资源的结合，有助于在不降低性能的前提下减小功耗。
与其它FPGA厂家的产品相比，54SX系列器件还具有以下优势：
* 可靠性高：芯片内部采用金属-金属反熔丝元件，编程后内部连接为永久的反熔丝型连接，而反熔丝互连就象纯金属连接一样，防静电及电磁干扰；
* 功耗低：反熔丝结构消除了静态存储器互连开关的功耗，并且由于逻辑信息是永久性编程的，器件在通电序列中无需进行重构，信息的存储与保持不消耗电流，从而减小静态电流，降低功耗；
* 保密性好：采用多层逻辑单元，内部逻辑易**。
以Actel FPGA实现的数字逻辑电路设计，必须采用先进的EDA（电子设计自动化）软件,该类软件一般包括两部分：逻辑电路设计部分和FPGA布局布线器。本文逻辑电路设计工具主要采用的是ViewLogic公司(已更名为Innoveda公司——编者注)的WorkView Office软件包和Actel公司的逻辑功能模块产生器Actgen Macro Builder。布局布线器是Actel公司的Designer软件。
WorkView Office软件包集成了多种数字电路计算机辅助设计工具，包括电路原理图输入软件ViewDraw、VHDL(超高速集成电路硬件设计描述语言）、仿真软件SpeedWave、VHDL综合工具FPGA Express、门级电路仿真工具ViewSim、信号波形与时序显示工具ViewWaves、逻辑设计结果与FPGA布局布线器接口软件EDIF Interface等几部分。
Actgen Macro Builder主要功能是生成基于Actel元件库的可参数化的常用逻辑模块，例如，计数器、寄存器、加法器、比较器等等。这些功能模块可在ViewDraw中实例化，作为更上层功能单元的子模块使用。Designer软件包括EDIF编译、工艺映射、设计优化、延时约束、FPGA引脚指定、自动布局布线、延时分析、延时信息反标注、逻辑信息固化文件生成等多种功能。
为提高FPGA的数据处理速度及降低芯片功耗，逻辑电路设计应重点采用以下措施：
1）采用流水线，降低芯片功耗，提高系统时钟。流水线是一种设计技巧，它在很长的组合逻辑路径中插入寄存器，寄存器虽增加了运算周期数，却能大大减少组合逻辑延时，提高整个系统工作频率。例如，在如下计算模型Err=a-b-c+d中，没有流水线的电路如图1(a），引入流水线后，电路如图1(b）。
为考察图1a与图1b两种电路的速度差别，本文进行如下实验：
实验1：设计两套数字电路A、B，并分别以两片FPGA54SX32PQ208来实现，其中电路A与图1a无流水线电路对应，电路B与图1b有流水线电路对应，电路A、B都使用具有超前进位功能的16位快速加法器和减法器。仿真结果如表1中A,B所示。
