FPGA系统设计实战经验及选型技巧[整理]

FPGA系统设计实战经验分享－硬件篇

这个帖子主要和大家介绍一些我们在FPGA硬件系统设计过程中遇到的问题和解决的方法。也欢迎大家一起参与讨论。主要涉及以下几个方面：

1。芯片的选型

包括FPGA芯片的选型原则，外围芯片，比如存储器，电源，接口芯片等等选择的依据。我们会给大家推荐一些性能好，价格便宜而且好买到的芯片，节省你查询芯片的时间。

2。原理图设计技巧

包括如果兼容不同型号的FPGA，保证系统设计的升级空间等。

3。PCB的设计基本原则

对于一般的FPGA系统，只要保证这些基本原则，不必学习那些复杂的仿真软件和高速PCB设计知识，一样可以设计出稳定可靠的硬件电路板。

4。电路调试技巧

如何调试一块刚刚焊接好的电路板，特别是对于第一次调试电路板的朋友一定会有所帮助的。

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第一部分：Red Logic关于芯片选型的建议

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在网上经常看到朋友问类似的问题，比如选Altera还是Xilinx芯片，选择Altera公司的什么型号芯片，电源芯片选什么，SRAM选那个公司的等类似的关于芯片选型的问题。Red Logic在这里就给大家介绍一些关于芯片选择的一些基本原则和建议，也欢迎大家参与讨论！。

一FPGA芯片的选择依据

& nbsp1。选择FPGA芯片厂商。这一点比较容易，可以根据以往的经验实际条件，比如公司一直用那个公司的 http:>产品，或者实验室的师兄们都用那个公司的产品多一些等等。如果自己对那个公司的产品比较熟悉，还是不要轻易更换。因为学习软件和了解芯片结构还是需要一些时间的，而且也会引入一些设计风险。人一般会有惯性的思维的，往往会把一些经验带到新的项目中，而实际上不同厂商的芯片在设计细节方面还是有些不同的，对这个公司的芯片适合，不一定对另外公司的芯片适合。

如果是在新产品设计的适合选择FPGA芯片厂商，那么可以参考以下的几个原则：

A．如果需要尽快上市，抢占市场，一般选择开发简单的Altera或者Xilinx产品；

B．如果产品已经稳定，需要提高保密性能和稳定性能，可以考虑Lattice，QuickLogic或者Actel公司的反融丝类型或者Flash类型的FPGA；

C．如果需要很强的抗干扰性能，工作环境十分恶劣，如果航空航天，一般选Actel公司的产品。

几个厂商的FPGA简介：

& nbspAltera的芯片在国内的高校用的比较多，就像在高校里面用VHDL的人比较多一样。Altera的芯片产品比较全，目前主要的就是Flex10K系列，ACEX1k系列，Cyclone系列等应用的比较广泛，Stratix系列一般在通信等高端领域应用比较多一些。

 Flex10K是比较老的系列了，价格也很高，是5V的器件，主要应用在5V的信号环境，抗干扰性能好一些，但是功耗和体积都比较大，规模也有限制。

 ACEX1K是一个比较成功的系列，兼容5V和3.3V，如果系统是3.3V是5V的混合信号系统，而且中5V 信号比较多，建议采用ACEX1K系列，价格也不错。只是最大的规模是10万门，升级空间小。

 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信号。如果系统中只有3.3V 或者5V信号不多，那么Red Logic还是推荐您选择cyclone系列的FPGA。

 Xilinx的公司的产品更多的被企业采用。相对于altera,Xilinx的历史更悠久一些，客户更多。Xilinx公司对芯片提供的参考设计较Altera公司提供的涉及的领域更宽，品种更多。免费使用的IP核也更多一些。

 Xilinx的高端FPGA在市场上占有一定的优势，如VirtexII系列就是非常成功的。

 Actel公司的FPGA以反融丝类型的为主，应用与一些特定的领域；

& nbspQuickLogic公司的CPLD也是以反融丝为主推，一般用于产品的加密，目前还很难破解。其出品的集成了PCI硬核的FPGA是比较有特色的产品，较FPGA＋PCI接口芯片的方案成本更低，较FPGA实现PCI软核的方案稳定性更好。

 Lattice公司目前也开始推广低成本的应用的FPGA产品，在本论坛的Lattice版面有更详细的介绍。

 2．

选择FPGA型号

首先选择好了某个系列的FPGA，接下来就要选择一个具体的型号了。需要考虑的因素主要有以下几点：

A．封装

主要在于选择管脚的数目，如果管脚够用，尽量选择表贴封装，如TQFP或者QFP的。Red Logic不推荐选择BGA 的原因是：

1）会带来的焊接成本提高；

2）增加了布线难度，可能不得不增加PCB的层数；

3）降低了测试性，增加了测试成本。

当然，如果项目需要，必须选择BGA封装的，那么尽量选择管脚间距大一些的，比如1mm或者0.8mm。

例如，对于Cyclone系列的FPGA，EP1C12就有F324和Q240两种封装，前者是BGA的，后者是PQFP的。如果150个用户IO对您的设计已经足够了，那么最好选择后者，两层板就可以做下来，而F324封装的最少要4层板才行。B．资源

一般在设计的开始阶段，无法估计规模大小。所有一般需要根据经验来选择。一般都要选择你确定的封装里面规模最大的型号。一般来说，相同的封装会有不同的容量，比如Cyclone系列的PQFP240封装，就有1C6和1C12两个型号，资源相差一倍以上。那么实验阶段就可以先用1c12做实验，将来再改用1c6的，PCB不用重新设计。

资源包括了逻辑资源（如LE或者Slice）和存储资源（如M4K或Block RAM）。

选择芯片的时候不仅要考虑逻辑资源够用，还要保证存储资源够用。假如您的设计用了1000个LE，200Kbit的存储器，如果从逻辑资源考虑，EP1C6就足够了，有接近6000个LE，但是M4K的容量确不能满足要求。如果不想更改设计，您就必须选择EP1C12了。

C．升级性

为了以后增加功能或者升级性能，您的FPGA设计好后，必须有一定的升级空间。比如您目前的设计用了70％的芯片资源，那么您就必须考虑是否能够满足将来的需要了。

（Xilinx和Altera的FPGA产品都是基于SRAM的，上电后需要外部cpu或者储存器进行配置才能工作。

配置过程中，如果出现干扰，就会产生配置错误。

而Actel公司的反融丝型FPGA与ASIC一样，是固化在芯片内部的，上电就开始工作的，所以说更抗干扰性能更强一些。但是只能烧写一次，开发起来成本比较高，周期也长一些。必须充分仿真，否则差一点点就要费一个片子啊。

可以采用Altera的芯片做原型的验证和样机。经过测试，如果不能满足要求，在更换Actel的芯片，这样可以保证逻辑部分是没有问题的。Altera的芯片目前也采用了一些措施，比如差错重新配置等，也可以用外部的cpu来配置FPGA，上电后对fpga进行简单的测试，如果有问题，再重新配置。

如果逻辑规模不大，可以采用MAXII系列的CPLD，由于采用了Flash结构，不需要外部配置，可靠性要高很多。）

二。FPGA主要的外设芯片选择

 Red Logic根据以往的经验，推荐您一些芯片，供您参考。其他应用的芯片，您可以到我们的网站上咨询。

1．电源芯片

如果电流较小，可以选用AS1117系列，表贴型封装；

如果电流较大，可以选用AS28xx系列，表贴型封装；

2．存储芯片

尽量选择升级空间大，管脚兼容的系列；

SDRAM一般选择SAMSUNG的K4S系列，或者现代的HY57V系列；

ASRAM一般选择ISSI的61LV系列；

NOR  FLASH一般选择AMD的29LV系列或者SST的芯片；

NAND FLASH一般选择SAMSUNG的K9S系列；

3．其他芯片

VIDEO Encoder/Decoder – PHILIPS；

VGA  ADC/DAC －ADI；

ADC/DAC －ADI, TI , BB;

USB －CYCPRESS；

PCI －PLX；

连接器－AMP,SEMITEC；