在采用FPGA進行設計時，您的設計團隊規模是不是越來越大?您是否花費很多時間來嘗試重新使用其他人的設計?您是否花費大量的時間來進行驗證?如果是，那您一定要集中精力，接下來Altera亞太區產品市場經理謝曉東將介紹Altera如何幫助您解決這三個尖銳問題。
Altera亞太區產品市場經理謝曉東
您只需做定制邏輯——解決設計規模難題
隨著各種應用對精度及速度等方面的需求越來越苛刻,芯片復雜度和規模在不斷增加。以Altera高端FPGA Stratix系列為例，其規模（邏輯密度）從2002年到2010年增長了13倍。雖然這能讓系統性能大大提升，但設計的工作量和復雜度也成倍增長，即使可以適當地增加人手，但畢竟設計團隊的規模還是有限的，在設計工具一定的條件下，加上公司對于產品上市時間的壓力越來越大，要按計劃完成項目將會困難重重。
如何提高設計效能呢？提高設計抽象級是一個很實用的方法。從門級到寄存器傳送級（RTL）再到IP級，現在很多設計其實都是一個搭積木的過程，用不同的IP拼成一個系統。但是即使到了IP級別，隨著器件容量的增長、設計復雜度的增加，以及一些全球化的企業要在部門之間、項目之間分享一些子系統的需求不斷增加，現有工具（SOPC Builder）就有待提升。謝曉東經理展示了沒有采用Qsys和采用Qsys所需要做的設計工作對比圖，如圖1所示。可見，Altera系統級集成工具Qsys能幫助設計者把標準內核（存儲、標準接口、處理器等）和膠合邏輯（用來做仲裁、中斷控制、拓撲結構、帶寬匹配、互聯、橋接等）做好，大大減輕了工作量。Qsys讓設計者把精力集中在定制邏輯上，這也是客戶最關心的部分，用來做差異化，實現產品價值。
圖1 沒有采用Qsys和采用Qsys所需要做的設計工作對比圖
針對標準內核，Altera提供100多種Qsys兼容IP，如接口協議IP（PCIe、TSE）、存儲器IP（DDR、DDR2、DDR3）、視頻和圖像處理IP、嵌入式IP(JTAG、UART、SPI、RS232)以及處理器IP。Qsys還自動完成繁瑣、容易出錯的集成任務，并且提供GUI界面支持快速集成。謝經理特別提到：“Altera致力于一個工具能支持所有的處理器。Altera自己擁有兩種：帶ARM Cortex-A9內核的雙核SoC FPGA以及Nios II 軟核處理器。此外還有Altera嵌入式聯盟所支持的軟核處理器（用FPGA模擬CPU），如MIPS、MIPS32、ARM Cortex-M1（ARM的策略就是希望把Cortex-M1放在FPGA上）、Nios II SC DO-254（對魯棒性要求很高的應用，如軍事）和Freescale Coldfire V1，如果希望用Nios II去做ASIC，Synopsys也提供License。
在膠合邏輯方面，Qsys自動完成繁瑣、容易出錯的集成任務。Qsys有圖形化界面，接口（如時鐘、復位，中斷、抑制）能在GUI界面上快速集成，設計者只要把鼠標放在兩個IP之間的接口，一點就可以了，操作十分簡單，如圖2所示。
圖2 Qsys圖形化界面
NoC和子系統級的設計重用——解決設計重用難題
設計者常常需要對原先成熟的設計進行更新和改進，也要使用別人設計的IP，會遇到設計重用帶來的問題：一般需要重新設計接口以及需對各種修改過的設計提供支持。而Qsys提供Avalon總線接口（FPGA的）以及ARM的AMBA AXI3、AXI4標準總線接口，Qsys的芯片網絡（NoC）體系結構可以幫助做FPGA與ARM之間的高性能互聯，例如，對于Altera新推出的集成了ARM Cortex-A9處理器的SoC FPGA，Qsys將會發揮很大的作用。
Qsys還提供組件編輯器工具，可以把自己設計的RTL引入Qsys中，封裝成一個IP來用。而且操作也是很簡單的圖形化界面。
Qsys在設計重用上的最大特色就是能做到子系統級別的設計重用。在設計一個超大系統時， 由于IP很多，用SOPC Builder時的界面會非常長，如果出現問題（如互聯），要找前面的IP非常難，而Qsys可以做子系統的打包，把某一些IP打包成一個子系統（留一些接口出來），這樣的層次化設計將會極大地方便設計人員。特別是一些國際化公司要在全球范圍內共享設計，例如PCIe 的子系統，其中有PCIe 的IP、DMA 以及其他邏輯，可以通過Qsys把這部分打包之后重用，這是之前IP級設計工具做不到的。這也是一些國際化的客戶選擇Altera的原因。
定制GUI系統控制臺——解決驗證難題
很多FPGA設計者都反饋：設計雖然很快的，但是系統驗證和調試是很痛苦的過程。業界很多調試工具都是基于寄存器的調試，如果出問題要自己去分析問題大概出現在設計的哪一部分，再用SignalTap工具逐個寄存器進行讀寫操作，這使得工作量非常大，也存著許多不確定性。Qsys中有一個系統級調試工具——系統控制臺，它提高了調試的抽象級，把設計看成不同的子模塊，通過在總線上對地址進行讀寫操作，鎖定問題出現在哪個模塊，再用SignalTap去調試，從而大幅度縮短了驗證時間。謝曉東表示：“其實，Altera很多調試工具，如收發器、外部存儲器接口工具等，就是基于系統控制臺開發出來的。”
很多時候調試都是很枯燥的命令行，而系統控制臺的另一大特點就解決了這個問題，它提供定制圖形用戶界面，讓客戶定制自己喜歡的界面，使調試變得簡單和享受。
圖3 Qsys定制GUI系統控制臺
Qsys巡回研討會正在進行中
為了讓更多的工程師切身體會Qsys的優勢，Altera將在亞太區15個主要城市舉辦Qsys研討會。研討會的形式不單是演說，主要是可以讓工程師們實際操作。他們可以使用Qsys開發一個嵌入式設計，并且通過實驗看到在Qsys中使用PCIe的優勢，讓工程師在半小時之內開發一個基于PCIe的設計。謝曉東也特別讓記者體驗了一下Qsys的PCIe和DDR3參考設計。此外，Qsys的培訓資料都是中文版的。
需要提醒廣大使用Altera SOPC Builder的工程師們，雖然在老設計上還是可以用SOPC Builder去設計，但是Altera今后不會再更新SOPC Builder 的IP和支持器件，新的IP和器件都是放在Qsys上，Altera將為客戶從SOPC Builder轉到Qsys提供很多支持，如設計案例、文檔和培訓等。打開以前的SOPC Builder，就會提示是否轉到Qsys，系統會幫你自動轉換，當然有些地方需要少許修改，但不會花很長時間。Qsys代替SOPC Builder是必然的，所以趕緊開始使用吧！
圖4 給工程師培訓時用的開發板，由Altera合作伙伴友晶科技Terasic.提供的