FPGA系統(tǒng)設(shè)計實戰(zhàn)經(jīng)驗分享FPGA系統(tǒng)設(shè)計實戰(zhàn)經(jīng)驗分享

這個帖子主要和大家介紹一些我們在FPGA硬件系統(tǒng)設(shè)計過程中遇到的問題和解決的方法。也歡迎大家一起參與討論。主要涉及以下幾個方面：
1。芯片的選型包括FPGA芯片的選型原則，外圍芯片，比如存儲器，電源，接口芯片等等選擇的依據(jù)。我們會給大家推薦一些性能好，價格便宜而且好買到的芯片，節(jié)省你查詢芯片的時間。
2。原理圖設(shè)計技巧包括如果兼容不同型號的FPGA，保證系統(tǒng)設(shè)計的升級空間等。
3。PCB的設(shè)計基本原則對于一般的FPGA系統(tǒng)，只要保證這些基本原則，不必學(xué)習(xí)那些復(fù)雜的仿真軟件和高速PCB設(shè)計知識，一樣可以設(shè)計出穩(wěn)定可靠的硬件電路板。
4。電路調(diào)試技巧如何調(diào)試一塊剛剛焊接好的電路板，特別是對于第一次調(diào)試電路板的朋友一定會有所幫助的。
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝第一部分：關(guān)于芯片選型的建議＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
在網(wǎng)上經(jīng)常看到朋友問類似的問題，比如選Altera還是Xilinx芯片，選擇Altera公司的什么型號芯片，電源芯片選什么，SRAM選那個公司的等類似的關(guān)于芯片選型的問題。
在這里就給大家介紹一些關(guān)于芯片選擇的一些基本原則和建議，也歡迎大家參與討論！。

一。FPGA芯片的選擇依據(jù)
1。選擇FPGA芯片廠商。這一點比較容易，可以根據(jù)以往的經(jīng)驗實際條件，比如公司一直用那個公司的產(chǎn)品，或者實驗室的師兄們都用那個公司的產(chǎn)品多一些等等。如果自己對那個公司的產(chǎn)品比較熟悉，還是不要輕易更換。因為學(xué)習(xí)軟件和了解芯片結(jié)構(gòu)還是需要一些時間的，而且也會引入一些設(shè)計風(fēng)險。人一般會有慣性的思維的，往往會把一些經(jīng)驗帶到新的項目中，而實際上不同廠商的芯片在設(shè)計細節(jié)方面還是有些不同的，對這個公司的芯片適合，不一定對另外公司的芯片適合。
如果是在新產(chǎn)品設(shè)計的適合選擇FPGA芯片廠商，那么可以參考以下的幾個原則：
A． 如果需要盡快上市，搶占市場，一般選擇開發(fā)簡單的Altera或者Xilinx產(chǎn)品；
B．如果產(chǎn)品已經(jīng)穩(wěn)定，需要提高保密性能和穩(wěn)定性能，可以考慮Lattice，QuickLogic或者Actel公司的反融絲類型或者Flash類型的FPGA；
C． 如果需要很強的抗干擾性能，工作環(huán)境十分惡劣，如果航空航天，一般選Actel公司的產(chǎn)品。幾個廠商的FPGA簡介： Altera的芯片在國內(nèi)的高校用的比較多，就像在高校里面用VHDL的人比較多一樣。Altera的芯片產(chǎn)品比較全，目前主要的就是 Flex10K系列，ACEX1k系列，Cyclone系列等應(yīng)用的比較廣泛，Stratix系列一般在通信等高端領(lǐng)域應(yīng)用比較多一些。 Flex10K是比較老的系列了，價格也很高，是5V的器件，主要應(yīng)用在5V的信號環(huán)境，抗干擾性能好一些，但是功耗和體積都比較大，規(guī)模也有限制。 ACEX1K是一個比較成功的系列，兼容5V和3.3V，如果系統(tǒng)是 3.3V是5V的混合信號系統(tǒng)，而且中5V信號比較多，建議采用ACEX1K系列，價格也不錯。只是最大的規(guī)模是10萬門，升級空間小。 Cyclone系列目前Altera公司成本最低的FPGA，但是只能支持3.3V,不兼容5V信號。如果系統(tǒng)中只有3.3V或者5V信號不多，那么還是推薦您選擇cyclone系列的 FPGA。Xilinx的公司的產(chǎn)品更多的被企業(yè)采用。相對于altera,Xilinx的歷史更悠久一些，客戶更多。Xilinx公司對芯片提供的參考設(shè)計較Altera公司提供的涉及的領(lǐng)域更寬，品種更多。免費使用的IP核也更多一些。 Xilinx的高端FPGA在市場上占有一定的優(yōu)勢，如VirtexII系列就是非常成功的。 Actel公司的FPGA以反融絲類型的為主，應(yīng)用與一些特定的領(lǐng)域； QuickLogic公司的CPLD也是以反融絲為主推，一般用于產(chǎn)品的加密，目前還很難******。其出品的集成了PCI硬核的FPGA是比較有特色的產(chǎn)品，較FPGA＋PCI接口芯片的方案成本更低，較FPGA實現(xiàn)PCI軟核的方案穩(wěn)定性更好。 Lattice公司目前也開始推廣低成本的應(yīng)用的FPGA產(chǎn)品，在本論壇的Lattice版面有更詳細的介紹。
2． 選擇FPGA型號 首先選擇好了某個系列的FPGA，接下來就要選擇一個具體的型號了。需要考慮的因素主要有以下幾點：A． 封裝主要在于選擇管腳的數(shù)目，如果管腳夠用，盡量選擇表貼封裝，如TQFP或者QFP的。不推薦選擇BGA的原因是：1） 會帶來的焊接成本提高；2） 增加了布線難度，可能不得不增加PCB的層數(shù)；3） 降低了測試性，增加了測試成本。 當然，如果項目需要，必須選擇BGA封裝的，那么盡量選擇管腳間距大一些的，比如1mm或者0.8mm。例如，對于Cyclone系列的FPGA，EP1C12就有F324和Q240兩種封裝，前者是BGA的，后者是PQFP的。如果150個用戶IO對您的設(shè)計已經(jīng)足夠了，那么最好選擇后者，兩層板就可以做下來，而F324封裝的最少要4層板才行。B． 資源一般在設(shè)計的開始階段，無法估計規(guī)模大小。所有一般需要根據(jù)經(jīng)驗來選擇。一般都要選擇你確定的封裝里面規(guī)模最大的型號。一般來說，相同的封裝會有不同的容量，比如Cyclone系列的PQFP240封裝，就有1C6和1C12兩個型號，資源相差一倍以上。那么實驗階段就可以先用1c12做實驗，將來再改用 1c6的，PCB不用重新設(shè)計。資源包括了邏輯資源（如LE或者Slice）和存儲資源（如M4K或BlockRAM）。選擇芯片的時候不僅要考慮邏輯資源夠用，還要保證存儲資源夠用。假如您的設(shè)計用了1000個LE，200Kbit的存儲器，如果從邏輯資源考慮，EP1C6就足夠了，有接近6000個LE，但是M4K的容量確不能滿足要求。如果不想更改設(shè)計，您就必須選擇EP1C12了。C． 升級性為了以后增加功能或者升級性能，您的FPGA設(shè)計好后，必須有一定的升級空間。比如您目前的設(shè)計用了70％的芯片資源，那么您就必須考慮是否能夠滿足將來的需要了。（Xilinx和Altera的FPGA產(chǎn)品都是基于SRAM的，上電后需要外部cpu或者儲存器進行配置才能工作。配置過程中，如果出現(xiàn)干擾，就會產(chǎn)生配置錯誤。而Actel公司的反融絲型FPGA與ASIC一樣，是固化在芯片內(nèi)部的，上電就開始工作的，所以說更抗干擾性能更強一些。但是只能燒寫一次，開發(fā)起來成本比較高，周期也長一些。必須充分仿真，否則差一點點就要費一個片子啊?？梢圆捎肁ltera的芯片做原型的驗證和樣機。經(jīng)過測試，如果不能滿足要求，在更換Actel的芯片，這樣可以保證邏輯部分是沒有問題的。Altera的芯片目前也采用了一些措施，比如差錯重新配置等，也可以用外部的cpu來配置FPGA，上電后對fpga進行簡單的測試，如果有問題，再重新配置。如果邏輯規(guī)模不大，可以采用MAXII系列的CPLD，由于采用了Flash結(jié)構(gòu)，不需要外部配置，可靠性要高很多。）

二。FPGA主要的外設(shè)芯片選擇 RedLogic根據(jù)以往的經(jīng)驗，推薦您一些芯片，供您參考。其他應(yīng)用的芯片，您可以到我們的網(wǎng)站上咨詢。1． 電源芯片如果電流較小，可以選用AS1117系列， 表貼型封裝；如果電流較大，可以選用AS28xx系列， 表貼型封裝；2． 存儲芯片盡量選擇升級空間大，管腳兼容的系列；SDRAM一般選擇SAMSUNG的K4S系列，或者現(xiàn)代的HY57V系列；ASRAM一般選擇ISSI的61LV系列；NOR FLASH一般選擇AMD的29LV系列或者SST的芯片；NANDFLASH一般選擇SAMSUNG的K9S系列； linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）