開發(fā)FPGA的第一步，當(dāng)然是選擇一片符合設(shè)計(jì)需求的芯片

我知道，我對與電子有關(guān)的所有事情都很著迷，但不論從哪個(gè)角度看，今天的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，都顯得“鶴立雞群”，真是非常棒的器件。如果在這個(gè)智能時(shí)代，在這個(gè)領(lǐng)域，想擁有一技之長的你還沒有關(guān)注FPGA，那么世界將拋棄你，時(shí)代將拋棄你。本公眾號作者ALIFPGA，多年FPGA開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，所有文章皆為多年學(xué)習(xí)和工作經(jīng)驗(yàn)之總結(jié)。

工欲善其事必先利其器，開發(fā)FPGA的第一步，當(dāng)然是選擇一片符合設(shè)計(jì)需求的芯片。

器件特色

選片第一個(gè)關(guān)注的應(yīng)該是FPGA器件的專用資源。

例如是否需要高速接口，如果需要的話，需要多少個(gè)通道，各個(gè)通道需要的最高收發(fā)速度是多少。

同樣，如果需要實(shí)現(xiàn)運(yùn)算量較大的算法模塊時(shí)，則要求FPGA器件需要有大量的DSP模塊，并擁有足夠多的RAM塊來配合這些DSP模塊。

規(guī)模大小

在選型時(shí)，因?yàn)镕PGA設(shè)計(jì)還未開始，很難確定FPGA器件的規(guī)模。

通常的做法是，針對本次設(shè)計(jì)中想要用的FPGA器件系列，重新編譯之前的某些功能模塊，以便獲得一個(gè)大致正確的規(guī)模估計(jì)。

如果設(shè)計(jì)中使用了IP，這些IP核也需要編譯后，加入到總面積估算中。

再將需要加入的新功能進(jìn)行設(shè)計(jì)估算。

兩方面加起來后，在此基礎(chǔ)上預(yù)估再增加20%-30%，基本上可以滿足之后的設(shè)計(jì)需求。

甚至有時(shí)，現(xiàn)有的嵌入式邏輯分析儀也需要耗費(fèi)內(nèi)部存儲(chǔ)模塊，調(diào)試過程的資源消耗可能也需要考慮在內(nèi)。

若FPGA留有余量：

避免時(shí)序收斂對設(shè)計(jì)的影響，減少開發(fā)周期，快速進(jìn)入板上調(diào)試階段；

則對設(shè)計(jì)后期修改或產(chǎn)品版本更新所增加的邏輯單元，就能比較容易的被接納；

設(shè)計(jì)在FPGA上正常運(yùn)行后，如果FPGA上有大量未使用的資源，此時(shí)可以考慮換區(qū)一個(gè)比較小的器件以降低成本，這時(shí)候要注意的就是引腳在移植代碼時(shí)的修改問題。

速度需求

首先需要分析功能需求，然后在平衡資源與速度后，估計(jì)速度需求。同樣也可以根據(jù)之前的設(shè)計(jì)來確定，根據(jù)FPGA供應(yīng)商提供的datasheet，在最大速度的基礎(chǔ)上，留出足夠的安全余量，確定選型。

當(dāng)然，也可以直接選擇同類型的速度等級最高的器件，盡早的進(jìn)入設(shè)計(jì)調(diào)試階段。等功能完善之后，再選用一個(gè)較慢的FPGA器件來做降成本的設(shè)計(jì)。

引腳

設(shè)計(jì)需要I/O接口類型，直接影響到FPGA器件所需要的引腳數(shù)目和封裝類型。在此必須知道I/O標(biāo)準(zhǔn)和驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，以及外部的接口電氣標(biāo)準(zhǔn)。

同時(shí)需要關(guān)注設(shè)計(jì)中的信號完整性問題，這些都需要與硬件工程師討論后，進(jìn)行確定。

甚至有時(shí)候調(diào)試階段，也需要預(yù)留部分引腳作為調(diào)試引腳（內(nèi)嵌邏輯分析儀的資源不夠時(shí)）。

IP的可用性

包括兩方面：

一是芯片廠家的IP核的豐富性，如果提供足夠多的IP核，覆蓋我們的設(shè)計(jì)，當(dāng)然是最好不過的；

二是芯片廠家是否愿意以可接受的價(jià)格（更多可能是免費(fèi)）的方式將這些IP核提供給我們。

因?yàn)镮P核的使用可以大大減少開發(fā)周期，縮短工時(shí)，降低開發(fā)成本，因此選型時(shí)也需要考慮這部分。

器件的可用性

一些老舊器件可能會(huì)面臨停產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，如果開發(fā)周期超過兩年以上，建議選擇最新或者次新的器件，因?yàn)閹啄旰?，目前最新或者次新的FPGA器件在經(jīng)濟(jì)上是比較劃算的，也不用擔(dān)心停產(chǎn)，導(dǎo)致供貨不足影響產(chǎn)品出貨；

功耗

根據(jù)設(shè)計(jì)的功能需求，確定FPGA需要使用的電源。例如對IP核、I/O、transceiver等模塊，提供各自獨(dú)立的電源層，F(xiàn)PGA需要的電源個(gè)數(shù)越多，電路板上的元器件成本就越高。

所以需要根據(jù)之前的設(shè)計(jì)、FPGA供應(yīng)商提供的功耗評估軟件等估算將要消耗的功耗，從而確定所需的器件。

其他

其他方面包括：

器件的工具軟件易用性，對于一些國產(chǎn)的FPGA器件，其開發(fā)軟件穩(wěn)定性較低，可能會(huì)額外增加開發(fā)成本，提高風(fēng)險(xiǎn)，因此在選型時(shí)，需要注意；

器件在高低溫、強(qiáng)輻射等極端環(huán)境下的性能表現(xiàn)；

產(chǎn)品的繼承性，一些常用功能模塊的可移植性，考慮選型時(shí)，可能需要多考慮可以繼承上一代產(chǎn)品的可用器件。

總之，在選型的時(shí)候，為自己和同事省事，為公司省成本。