FPGA/EPLD的自上而下(Top-Down)設計方法：
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/387115.htm傳統的設計手段是採用原理圖輸入的方式進行的，通過調用FPGA/EPLD廠商所提供的相應物理元件庫，在電路原理圖中繪製所設計的系統，然後通過網錶轉換產生某一特定FPGA/EPLD廠商布局布線器所需網表，通過布局布線，完成設計。原理圖繪製完成後可採用門級仿真器進行功能驗證。
然而，工程師的最初設計思想不是一開始就考慮採用某一FPGA/EPLD廠商的某一特定型號器件，而是從功能描述開始的。設計工程師首先要考慮規劃出能完成某一具體功能、滿足自己產品系統設計要求的某一功能模塊，利用某種方式(如HDL硬體描述語言)把功能描述出來，通過功能仿真(HDL仿真器)以驗證設計思路的正確性。當所設計功能滿足需要時，再考慮以何種方式(即邏輯綜合過程)完成所需要的設計，並能直接使用功能定義的描述。實際上這就是自頂而下設計方法。
與傳統電原理圖輸入設計方法相比，Top-Down設計方法具體有以下優點：
1、完全符合設計人員的設計思路，從功能描述開始，到物理實現的完成。
2、功能設計可完全獨立於物理實現
在採用傳統的電原理輸入方法時，FPGA/EPLD器件的採用受到器件庫的制約。由於不同廠商FPGA/EPLD的結構完全不同，甚至同一廠商不同系列的產品也存在結構上的差別，因此，在設計一開始，工程師的設計思路就受到最終所採用器件的約束，大大限制了設計師的思路和器件選擇的靈活性。而採用Top-Down設計方法，功能輸入採用國際標準的HDL輸入方法，HDL可不含有任何器件的物理信息，因此工程師可以有更多的空間去集中精力進行功能描述，設計師可以在設計過程的最後階段任意選擇或更改物理器件。
3、設計可再利用
設計結果完全可以以一種智慧財產權(IP-Intellectual Property)的方式作為設計師或設計單位的設計成果，應用於不同的產品設計中，做到成果的再利用。
4、易於設計的更改
設計工程師可在極短的時間內修改設計，對各種FPGA/EPLD結構進行設計結果規模(門消耗)和速度(時序)的比較，選擇最優方案。
5、設計、處理大規模、複雜電路
目前的FPGA/EPLD器件正向高集成度、深亞微米工藝發展。為設計系統的小型化，低功耗、高可靠性等提供了集成的手段。設計低於一萬門左右的電路，Top-Down設計方法具有很大的幫助，而設計更大規模的電路，Top-Down設計方法則是必不可少的手段。
6、設計周期縮短，生產率大大提高，產品上市時間提前，性能明顯提高，產品競爭力加強。據統計，採用Top-Down設計方法的生產率可達到傳統設計方法的2到4倍。
Top-Down設計，其核心是採用HDL語言進行功能描述，由邏輯綜合(Logic Synthesis)把行為(功能)描述轉換成某一特定FPGA/EPLD的工藝網表，送到廠商的布局布線器完成物理實現。在設計過程的每一個環節，仿真器的功能驗證和門級仿真技術保證設計功能和時序的正確性。
Mentor Graphics公司提供一整套基於UNIX平臺和Windows 95/NT 平臺的FPGA/EPLD Top-Down設計工具:Renoir/ModelSim 和Exemplar，兩種平臺的工具具有相同的用戶界面，並保證資料庫的完全統一。目前，在FPGA/EPLD Top-Down設計方法全球市場上，Mentor已擁有42%的市場份額，遠遠領先於其他任何一個廠家。
採用Top-Down設計方法進行FPGA/EPLD設計，其設計結果的優劣與否取決於三個重要的因素:描述手段(即HDL語言)、設計方法(Style)和設計工具。描述手段是基礎，設計方法需要工程經驗，而設計工具則是Top-Down設計的關鍵。一套完整、強大、性能卓越的設計工具，可幫助設計工工程師最大限度的發揮其設計能力。
1. 圖形化輸入工具-Renoir
----設計工程師採用Top-Down方法進行FPGA/EPLD設計所面臨到的第一個問題就是HDL語言的學習。語言的學習過程和應用能力直接影響設計產品的完成及其性能。但是設計師進行產品設計的最初並不是考慮如何去寫語言，而是習慣於畫出設計的框圖，並採用圖形化方法(流程圖、狀態圖、真值表等)把它描述出來。Renoir這一圖形化輸入工具，不僅可以幫助設計師完成產品的功能描述，更可以自動生成HDL語言，為邏輯綜合提供必要的輸入數據。
---- 採用圖形化輸入方法主要優點體現在：
提供框圖、流程圖、狀態圖、真值表等圖形輸入方法，使設計工程師從純文本的設計方法理解脫出來，設計手段更貼近於設計師的思維過程： 便於工程師之間進行設計的相互交流以及對前人/他人設計結果的理解與再利用; 便於初學者學習HDL語言;
便於設計成果的存檔，以便設計交流與再利用。
---- Renoir作為新一代的圖形化輸入工具更具有以下諸多優點：
自動生成高效的HDL語言描述，生成結果可進行功能驗證及邏輯綜合;
完全支持VHDL和Verilog兩種國際標準，並完全支持VHDL/Verilog的混合描述;
支持UNIX和Win95/NT兩種平臺，具有相同界面和資料庫。Win95/NT平臺採用標準的Windows界面，易學易用;
支持框圖/流程圖的動畫(Animation)仿真、調試過程便於設計的調試;
即插即用(plug and play)，與多種仿真器、綜合器及軟硬體協同驗證工具有完善的接口，組成各種設計流程;
在線查錯功能(On line checking)，進行語法和可綜合性檢查; 語言到圖形的轉換，可以把VHDL、Verilog或混合HDL語言描述換成框圖、流程圖或狀態圖，並保持原設計的層次結構;
支持OLE(Object Liking and Embedding)標準，可把Renoir中的任何圖形設計形式連接或嵌入到任一支持OLE的應用程式中，如Word、Powerpoint等，以便用戶建立設計文檔;
支持在圖形輸入中加入注釋、屬性(pragma， attribute)、並可自動加到所產生的HDL源碼中; 支持IP調用，並可自動生成相應符號，以使IP嵌入到所設計的系統中;
完善的設計管理，支持設計項目管理、設計層次管理、設計小組管理及設計數據版本管理等;
通過需求與設計可跟蹤(Requirement Tracebility)管理，不僅保證設計正確，而且保證正確設計(Design thing Right and Design Right thing)。
2. 邏輯綜合工具-Exemplar
---- 邏輯綜合工具是通過映射和優化過程，把設計功能描述轉換成與物理實現密切相關的工藝網表。在轉換過程中，不僅需要確保每一功能映射正確，還需保證儘量採用較少的硬體開銷，滿足設計的時序要求。因此，邏輯綜合工具是FPGA/EPLD Top-Down設計過程的關鍵。
Exemplar的主要特點：
完全支持VHDL/Verilog兩種國際標準;
針對不同結構的FPGA/EPLD器件，採用不同的綜合優化算法，以保證結果的最優化;
支持不同類型器件的重映射，設計師可直接從一種器件的工藝網表映射到另一種器件的工藝網表，無需重新設計;
支持各廠商器件網表的不同格式輸入與輸出。如：XNF，EDIF等：
支持布局、布線後設計的反標註，產生後仿真所需功能網表(HDL)及延時網表(SDF);
持靜態時序分析;
支持綜合結果的圖形輸出，設計師可通過圖形輸出跟蹤分析關鍵路徑(Critical Path);
支持廣泛的FPGA廠商及其最新晶片型號，包括採用深亞微米技術的器件。廠商包括：Actel、Altera、Atmel、Cypress、Lattice、Lucent、Motorola、Quicklogic、Xilinx等;
FPGA/EPLD設計到ASIC設計可實現無縫升級，保證設計數據的兼容性及可再利用性;
即插即用，可與各種前端/後端工具結合使用，設計數據無虛人為幹預/修改;
持UNIX平臺和Win95/NT平臺，不同平臺工具具有相同的用戶界面、功能、並完全保證設計數據的兼容性。
3. 功能仿真與時序驗證-ModelSim
---- 在FPGA/EPLD Top-Down設計流程中，設計仿真包含在設計過程的每一環節中，以保證設計的正確性。 ModelSim不僅可以完成設計的功能驗證(RTL級)，也可實現邏輯綜合後的門級仿真以及布局布線後的功能和時序驗證。
---- ModelSim的主要特點：
完全支持VHDL和Verilog標準;
採用直接編輯技術(Direct-Compiled)，大大提高HDL編譯和仿真速度;
唯一支持VHDL和Verilog混合描述的仿真工具;
支持RTL級和門級驗證，支持VITAL，SDF等;
具有友好的用戶界面，仿真器包括主控窗口、源碼窗口、仿真波形窗口、列表窗口、數據流窗口、設計結構/層次窗口、過程管理窗口等; 支持單步調試，斷點設置，批命令處理方式，幫助設計師快速完成設計調試和驗證; 可與Renoir協同工作，完成狀態圖和流程圖的動畫調試; 即插即用，可與其它工具結合，完成各種流程; 支持UNIX和Window 95/NT平臺，不同平臺間具有相同的用戶界面和資料庫。