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前言

学习FPGA的初期,我们习惯到网上买一款FPGA开发板,这是新手学习FPGA开发的最佳途径,负责任的开发板制作者会提供相应的教程供练习,毕竟能动手操作上板子才是真正玩过FPGA,纸上谈兵始终是难以成长起来的。
但在高校或者研究所等场合更多的是跟着负责人或者导师自己制作FPGA开发板以适应项目需求。
上面提供的两种方式也是FPGA开发的两种情况。
下面摘自《FPGA之道》来了解作者对这一内容的阐述。

开发板制作

在开始实际调试FPGA设计之前,可能还有一个环节的工作,那就是开发板制作。
以FPGA为主的系统,研发情况无非有两种:

  • 一种是已经有了硬件电路板,需要利用该板子的具体硬件条件并以板载的FPGA芯片为载体进行FPGA项目的开发;
  • 另一种是先完成FPGA设计的所有算法及验证工作,然后根据FPGA设计的资源使用情况以及系统成本、性能等方面的需求选择一款合适的FPGA芯片,并以此为核心制作开发板。
    如果要做产品开发,那么通常是第二种情况,因此在这里,我们也简要提一下基于FPGA的开发板制作环节。
  1. 先说芯片选型,其中最重要的就是FPGA芯片的选型工作。除了之前提到的资源、成本、性能等环节,选择合适的FPGA封装也是很重要的。任何电路系统都离不开电源的供给,所以电压转换芯片也是电路中必备的。可能还需要一些存储芯片作为FPGA外部的大规模缓存,一些AD或者DA芯片作为FPGA与外界交互的媒介等等,具体的需要根据系统的需求而定。
  2. 再说原理图的绘制。FPGA芯片的一些必备外围电路不能少,例如I/O端口连接、不同BANK的不同供电策略、内核电源供给、JTAG接口、配置电路连接等等。电源芯片的一些处理也不能少,例如电源转换、电源滤波等等。除此以外,需要考虑系统的具体需要而定。
  3. 再来看看PCB的绘制。首先确定电路板的外形、尺寸、层数等等,然后完成对板上芯片和基本元器件的布局,最后完成布线和电源、地的处理。这其中,需要注意的是时钟信号的走线,高速差分IO端口的走线、阻抗匹配等等。还有功耗的估计,用来判断是否需要为芯片加散热片。
  4. 最后,介绍一下开发板制作的软件工具。电路板制作工具可以粗略分为三个档次。低档次的以PROTEL公司的Protel99SE为代表,这类软件相对来说比较容易使用,但是功能比较简单,并且对于电路板设计的过程控制不严格,因此容易出错,一般只适用于绘制结构不太复杂的电路板。高档次的以Cadence公司的Allegro和Mentor公司的MentorGraphic为代表,这类软件功能非常强大,可供设置的选项非常之多,并且对于电路板设计的过程控制非常之严格,因此很难出错,适合非常复杂或严格的电路板开发,但缺点就是使用起来非常的麻烦,初次使用时需要较长的时间才能慢慢上手。 而中档次的正好就是低档次与高档次的一个折中,以Mentor公司的PowerPCB(新版本好像叫PADs)与PowerLogic,PROTEL公司的Altium(Protel DXP的进化版)为代表,这类软件功能比较完善且使用没那么复杂,因此比较常用。