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FPGA，現(xiàn)场可(kě)編程門(mén)阵(zhèn)列。最(zuì)近(jìn)幾(jǐ)年(nián)，FPGA可(kě)以(yǐ)说(shuō)是(shì)热(rè)門(mén)行業，人(rén)工智能(néng)，NFV/SDN，數據(jù)分(fēn)析，媒體(tǐ)处理，5G，ADAS等概念興起，FPGA在(zài)这(zhè)些興起火爆的(de)領域的(de)運用(yòng)越来(lái)越廣。市(shì)场上(shàng)对(duì)于(yú)FPGA的(de)從業人(rén)員需求大大增加，很多(duō)在(zài)校(xiào)学生(shēng)與(yǔ)企業的(de)工程师(shī)们(men)，都想(xiǎng)進(jìn)入(rù)此(cǐ)領域学習以(yǐ)及(jí)從業。对(duì)于(yú)刚刚入(rù)坑FPGA的(de)朋友们(men)，如(rú)何快(kuài)速入(rù)門(mén)，提(tí)起興趣，是(shì)迫切(qiè)需要(yào)的(de)事(shì)情(qíng)。FPGA開(kāi)發(fà)本(běn)質(zhì)上(shàng)也(yě)是(shì)硬(yìng)件(jiàn)開(kāi)發(fà)，運用(yòng)HDL描述出(chū)自(zì)己所(suǒ)需要(yào)的(de)功能(néng)，由(yóu)綜合工具綜合出(chū)電(diàn)路(lù)後(hòu)在(zài)FPGA內(nèi)部(bù)布(bù)局(jú)布(bù)線(xiàn)，最(zuì)終(zhōng)生(shēng)成(chéng)可(kě)運行的(de)比特(tè)率文(wén)件(jiàn)，所(suǒ)以(yǐ)擁有(yǒu)一(yī)款開(kāi)發(fà)板来(lái)用(yòng)于(yú)学習，是(shì)初学者(zhě)必不(bù)可(kě)少(shǎo)的(de)工具。

近(jìn)年(nián)来(lái)FPGA開(kāi)發(fà)有(yǒu)向(xiàng)于(yú)高(gāo)級語(yǔ)言化(huà)開(kāi)發(fà)的(de)趨勢，但是(shì)目前(qián)市(shì)场的(de)大量(liàng)需求還(huán)是(shì)傳統的(de)數字(zì)通(tòng)信(xìn)，高(gāo)速邏輯接口(kǒu)等開(kāi)發(fà)應(yìng)用(yòng)为(wèi)主(zhǔ)。所(suǒ)以(yǐ)目前(qián)网(wǎng)上(shàng)可(kě)購買(mǎi)的(de)FPGA開(kāi)發(fà)板都是(shì)以(yǐ)高(gāo)速邏輯接口(kǒu)等應(yìng)用(yòng)为(wèi)主(zhǔ)的(de)開(kāi)發(fà)板。今天(tiān)就(jiù)跟大家(jiā)分(fēn)享一(yī)下(xià)新手(shǒu)如(rú)何選擇FPGA開(kāi)發(fà)板。選擇開(kāi)發(fà)板，性(xìng)能(néng)，外(wài)設當然是(shì)第(dì)一(yī)要(yào)素了(le)，FPGA開(kāi)發(fà)板的(de)性(xìng)能(néng)最(zuì)主(zhǔ)要(yào)的(de)就(jiù)是(shì)看(kàn)FPGA芯片(piàn)了(le)。

首先(xiān)我(wǒ)们(men)知道(dào)，ALTERA 的(de)FPGA內(nèi)部(bù)邏輯資源是(shì)由(yóu)邏輯單元(yuán)（LEs），嵌入(rù)式RAM（embedded memory），M9K存儲块(kuài)（M9K memory blocks），可(kě)編程互連(lián)單元(yuán)，可(kě)編程I/O資源，PLLs等構成(chéng)的(de)。目前(qián)市(shì)场上(shàng)的(de)FPGA入(rù)門(mén)開(kāi)發(fà)板，也(yě)是(shì)以(yǐ)ALTERA（已經(jīng)被(bèi)Intel收(shōu)購）的(de)cyclone IV E系(xì)列为(wèi)主(zhǔ)，當然也(yě)有(yǒu)一(yī)些開(kāi)發(fà)板用(yòng)的(de)是(shì)cyclone III跟cyclone II，我(wǒ)们(men)本(běn)着買(mǎi)新不(bù)買(mǎi)旧(jiù)的(de)原則（老(lǎo)産品線(xiàn)ALTERA公司停産了(le)，目前(qián)在(zài)市(shì)面(miàn)上(shàng)流通(tòng)的(de)基本(běn)上(shàng)都是(shì)翻新芯片(piàn)），这(zhè)里(lǐ)就(jiù)不(bù)予贅述了(le)。对(duì)于(yú)ALTERA cyclone IV E系(xì)列介紹表(biǎo)格，我(wǒ)们(men)可(kě)以(yǐ)得到(dào)型号(hào)EP4CExx,  xx在(zài)这(zhè)里(lǐ)表(biǎo)示LEs 數量(liàng)，數量(liàng)級是(shì)K，擁有(yǒu)更(gèng)多(duō)邏輯單元(yuán)，在(zài)設計(jì)複雜的(de)工程时(shí)，需要(yào)采用(yòng)大量(liàng)的(de)邏輯單元(yuán)的(de)開(kāi)發(fà)时(shí)，擁有(yǒu)的(de)設計(jì)思(sī)路(lù)就(jiù)多(duō)，選擇也(yě)多(duō)。

ALTERA cyclone IV系(xì)列

在(zài)設計(jì)複雜的(de)工程时(shí)，某些硬(yìng)件(jiàn)模块(kuài)資源不(bù)够时(shí)(例如(rú)M9K)，我(wǒ)们(men)可(kě)以(yǐ)有(yǒu)退(tuì)路(lù)使用(yòng)HDL編写自(zì)己的(de)存儲單元(yuán)来(lái)用(yòng)于(yú)工程使用(yòng)，當然这(zhè)種(zhǒng)做法会(huì)消耗大量(liàng)的(de)邏輯單元(yuán)，且與(yǔ)存儲深度(dù)，存儲位宽(kuān)正(zhèng)相關(guān)。目前(qián)

市(shì)面(miàn)上(shàng)都是(shì)采用(yòng)EP4CE10，10k个(gè)邏輯單元(yuán)，市(shì)面(miàn)上(shàng)比較火的(de)一(yī)些開(kāi)發(fà)板，采用(yòng)的(de)都是(shì)这(zhè)一(yī)块(kuài)芯片(piàn)，而(ér)明(míng)德揚MP801采用(yòng)的(de)則是(shì)EP4CE15，EP4CE10咋看(kàn)之下(xià)跟EP4CE15相差就(jiù)只(zhī)有(yǒu)5K个(gè)邏輯單元(yuán)，但实際情(qíng)況下(xià)，EP4CE10與(yǔ)EP4CE6只(zhī)是(shì)簡單的(de)量(liàng)變(biàn)，而(ér)EP4CE10跟EP4CE15就(jiù)是(shì)質(zhì)變(biàn)情(qíng)況了(le)，從上(shàng)面(miàn)的(de)表(biǎo)格中(zhōng)两(liǎng)者(zhě)相差的(de)主(zhǔ)要(yào)就(jiù)是(shì)內(nèi)部(bù)硬(yìng)件(jiàn)块(kuài)，M9K memory，embedded memory，硬(yìng)件(jiàn)乘法器，全(quán)局(jú)时(shí)鐘(zhōng)网(wǎng)絡，PLLs，數量(liàng)相差甚遠(yuǎn)，且这(zhè)些模块(kuài)才是(shì)FPGA開(kāi)發(fà)中(zhōng)比較重(zhòng)要(yào)的(de)資源。舉个(gè)例子，对(duì)于(yú)M9K資源，FPGA在(zài)做數據(jù)处理的(de)时(shí)候，在(zài)高(gāo)速接口(kǒu)數據(jù)收(shōu)發(fà)經(jīng)常会(huì)采用(yòng)輸入(rù)與(yǔ)輸出(chū)的(de)接口(kǒu)類(lèi)型不(bù)一(yī)致(zhì)，以(yǐ)达(dá)到(dào)橋(qiáo)接的(de)效果(guǒ)，在(zài)这(zhè)些應(yìng)用(yòng)下(xià)輸入(rù)數據(jù)與(yǔ)輸出(chū)數據(jù)要(yào)做到(dào)带(dài)宽(kuān)匹(pǐ)配，需要(yào)采用(yòng)FIFO緩存，这(zhè)里(lǐ)需要(yào)使用(yòng)的(de)M9K資源就(jiù)與(yǔ)輸入(rù)輸出(chū)的(de)带(dài)宽(kuān)差异(yì)有(yǒu)關(guān)，差异(yì)越大，資源使用(yòng)情(qíng)況越多(duō)，FIFO是(shì)FPGA開(kāi)發(fà)當中(zhōng)使用(yòng)頻率很高(gāo)的(de)邏輯。

全(quán)局(jú)时(shí)鐘(zhōng)网(wǎng)絡也(yě)是(shì)比較關(guān)鍵的(de)資源，对(duì)于(yú)外(wài)部(bù)高(gāo)速數據(jù)輸入(rù)的(de)随路(lù)时(shí)鐘(zhōng)，我(wǒ)们(men)在(zài)FPGA內(nèi)部(bù)數據(jù)处理的(de)时(shí)候，会(huì)采用(yòng)这(zhè)个(gè)随路(lù)时(shí)鐘(zhōng)作为(wèi)各(gè)个(gè)數字(zì)邏輯的(de)觸發(fà)时(shí)鐘(zhōng)，全(quán)局(jú)时(shí)鐘(zhōng)网(wǎng)絡在(zài)FPGA內(nèi)部(bù)到(dào)达(dá)每一(yī)个(gè)邏輯單元(yuán)时(shí)間(jiān)是(shì)同(tóng)步的(de)，这(zhè)樣(yàng)就(jiù)減少(shǎo)了(le)时(shí)鐘(zhōng)偏斜，在(zài)FPGA 數字(zì)設計(jì)中(zhōng)，时(shí)序是(shì)一(yī)定(dìng)要(yào)考慮的(de)一(yī)个(gè)問(wèn)題(tí)，且每个(gè)數字(zì)邏輯互聯的(de)时(shí)候，都会(huì)存在(zài)delay，这(zhè)與(yǔ)PCB跟電(diàn)缆(lǎn)中(zhōng)的(de)傳輸延时(shí)類(lèi)似，降低了(le)工程时(shí)序約束(shù)的(de)難度(dù)（这(zhè)一(yī)块(kuài)內(nèi)容建議B站搜索明(míng)德揚时(shí)序約束(shù)視頻查看(kàn)）。

ALTERA cyclone IV E 全(quán)局(jú)时(shí)鐘(zhōng)网(wǎng)絡分(fēn)配

最(zuì)重(zhòng)要(yào)的(de)功能(néng)就(jiù)是(shì)全(quán)局(jú)时(shí)鐘(zhōng)网(wǎng)絡還(huán)可(kě)以(yǐ)誇时(shí)鐘(zhōng)區(qū)域(FPGA一(yī)般一(yī)个(gè)BANK为(wèi)一(yī)个(gè)时(shí)鐘(zhōng)區(qū)域)，很多(duō)工程，內(nèi)部(bù)邏輯往往需要(yào)跨时(shí)鐘(zhōng)區(qū)域，这(zhè)在(zài)高(gāo)速接口(kǒu)的(de)工程當中(zhōng)就(jiù)是(shì)如(rú)此(cǐ)應(yìng)用(yòng)的(de)，比如(rú)下(xià)面(miàn)的(de)明(míng)德揚MIPI CSI 4合1案(àn)例，4 port的(de)MIPI CSI輸入(rù)，用(yòng)一(yī)个(gè)BANK的(de)IO是(shì)接收(shōu)不(bù)了(le)的(de)，而(ér)且還(huán)需要(yào)增加的(de)發(fà)送端模块(kuài)，就(jiù)需要(yào)增加BANK。

明(míng)德揚MIPI CSI-2 4合1案(àn)例

還(huán)有(yǒu)一(yī)个(gè)很明(míng)顯的(de)差距，EP4CE10跟EP4CE15的(de)PLLs，EP4CE15是(shì)有(yǒu)4个(gè)，而(ér)EP4CE10才只(zhī)有(yǒu)一(yī)半。PLLs可(kě)以(yǐ)讓外(wài)部(bù)基準时(shí)鐘(zhōng)輸入(rù)倍頻，移相等操作，为(wèi)數字(zì)邏輯系(xì)統提(tí)供需要(yào)且稳定(dìng)的(de)系(xì)統时(shí)鐘(zhōng)，因(yīn)为(wèi)我(wǒ)们(men)的(de)工程往往需要(yào)多(duō)个(gè)數字(zì)系(xì)統，擁有(yǒu)更(gèng)多(duō)的(de)PLLs的(de)EP4CE15系(xì)列在(zài)这(zhè)真(zhēn)的(de)是(shì)优勢明(míng)顯。

EP4CE10跟EP4CE15資源对(duì)比

EP4CE10跟EP4CE15差距遠(yuǎn)不(bù)只(zhī)此(cǐ)，EP4CE10最(zuì)高(gāo)規格只(zhī)到(dào)256pin，GPIO为(wèi)179个(gè)，而(ér)明(míng)德揚MP801開(kāi)發(fà)板使用(yòng)的(de)FPGA型号(hào)EP4CE15F23C8N，为(wèi)484pin規格，具有(yǒu)343个(gè)GPIO。这(zhè)里(lǐ)我(wǒ)们(men)可(kě)以(yǐ)知道(dào)市(shì)面(miàn)上(shàng)比較火的(de)一(yī)些開(kāi)發(fà)板采用(yòng)的(de)都是(shì)EP4CE10，256pin規格，在(zài)內(nèi)部(bù)邏輯資源，硬(yìng)件(jiàn)資源对(duì)比EP4CE15差距巨大的(de)情(qíng)況下(xià)，GPIO資源也(yě)是(shì)差距巨大。所(suǒ)以(yǐ)同(tóng)樣(yàng)都是(shì)采用(yòng)ALTERA cyclone IV E，性(xìng)能(néng)差距可(kě)見(jiàn)一(yī)斑。

當然，選開(kāi)發(fà)板，不(bù)僅僅要(yào)考慮FPGA的(de)性(xìng)能(néng)資源，外(wài)設也(yě)是(shì)必須考量(liàng)的(de)情(qíng)況之一(yī)。板载內(nèi)存这(zhè)一(yī)块(kuài)，得益于(yú)IO數量(liàng)的(de)优勢，明(míng)德揚MP801采用(yòng)了(le)三(sān)片(piàn)16位位宽(kuān)，存儲深度(dù)为(wèi)256Mbit SDR SDRAM，一(yī)些火爆開(kāi)發(fà)板都是(shì)只(zhī)有(yǒu)一(yī)片(piàn)，这(zhè)一(yī)點(diǎn)MP801在(zài)入(rù)門(mén)級FPGA開(kāi)發(fà)板市(shì)场中(zhōng)完勝。

高(gāo)速外(wài)設这(zhè)一(yī)块(kuài)，MP801板载1000M以(yǐ)太网(wǎng)PHY芯片(piàn)RL8211，而(ér)高(gāo)速AD/DA業界独有(yǒu)的(de)板载，

高(gāo)速ADC 是(shì)AD9280，擁有(yǒu)20MSPS速率；高(gāo)速DAC是(shì)AD9709，擁有(yǒu)125MSPS速率。再看(kàn)市(shì)面(miàn)上(shàng)火爆的(de)開(kāi)發(fà)板都是(shì)100M以(yǐ)太网(wǎng)；

一(yī)些開(kāi)發(fà)板甚至(zhì)需要(yào)另(lìng)外(wài)購買(mǎi)AD/DA模块(kuài)，還(huán)有(yǒu)一(yī)些開(kāi)發(fà)板只(zhī)有(yǒu)500KSPS的(de)ADC，1MSPS的(de)DAC，可(kě)以(yǐ)说(shuō)对(duì)于(yú)高(gāo)速開(kāi)發(fà)学習这(zhè)一(yī)块(kuài)，MP801又是(shì)完勝。

在(zài)下(xià)面(miàn)图(tú)表(biǎo)1中(zhōng)，我(wǒ)们(men)可(kě)以(yǐ)看(kàn)到(dào)列出(chū)来(lái)的(de)各(gè)種(zhǒng)外(wài)設中(zhōng)，8位數碼管(guǎn)、LEDs、USB轉(zhuǎn)UART、蜂鳴器、EEPROM、VGA RGB565 、CMOS攝像头(tóu)等对(duì)于(yú)初学者(zhě)入(rù)門(mén)学習非(fēi)常有(yǒu)幫助的(de)外(wài)設都一(yī)一(yī)俱全(quán)。图(tú)表(biǎo)只(zhī)是(shì)列舉，并未一(yī)一(yī)列全(quán)。

初学者(zhě)在(zài)入(rù)門(mén)以(yǐ)後(hòu)，这(zhè)些外(wài)設对(duì)于(yú)提(tí)高(gāo)自(zì)己的(de)應(yìng)用(yòng)于(yú)開(kāi)發(fà)能(néng)力特(tè)别重(zhòng)要(yào)，到(dào)了(le)提(tí)高(gāo)階(jiē)段(duàn)，如(rú)果(guǒ)又要(yào)重(zhòng)新購買(mǎi)更(gèng)高(gāo)級的(de)開(kāi)發(fà)板，这(zhè)对(duì)自(zì)己的(de)学習進(jìn)度(dù)来(lái)说(shuō)可(kě)不(bù)是(shì)什麼(me)利好(hǎo)關(guān)系(xì)；我(wǒ)们(men)刚了(le)解(jiě)好(hǎo)这(zhè)款FPGA的(de)架構等信(xìn)息的(de)时(shí)候，被(bèi)迫更(gèng)換FPGA学習，又是(shì)一(yī)个(gè)漫长的(de)学習理解(jiě)过(guò)程，这(zhè)对(duì)于(yú)新手(shǒu)小白来(lái)講是(shì)痛苦(kǔ)又艱難的(de)。最(zuì)重(zhòng)要(yào)的(de)是(shì)，淘寶(bǎo)爆款開(kāi)發(fà)板再加了(le)燒录(lù)器後(hòu)的(de)價格，竟然都差不(bù)多(duō)，因(yīn)为(wèi)MP801是(shì)有(yǒu)包(bāo)含燒录(lù)器、攝像头(tóu)、超6類(lèi)网(wǎng)線(xiàn)的(de)。这(zhè)对(duì)学生(shēng)黨来(lái)说(shuō)可(kě)是(shì)个(gè)利好(hǎo)消息，同(tóng)樣(yàng)的(de)價位，可(kě)以(yǐ)獲得更(gèng)高(gāo)端的(de)性(xìng)能(néng)與(yǔ)外(wài)設。

图(tú)表(biǎo) 1

所(suǒ)以(yǐ)，初学者(zhě)不(bù)僅僅要(yào)考慮選擇比較容易上(shàng)手(shǒu)的(de)開(kāi)發(fà)板，更(gèng)需要(yào)擁有(yǒu)更(gèng)強(qiáng)大性(xìng)能(néng)外(wài)設的(de)開(kāi)發(fà)板，这(zhè)樣(yàng)才可(kě)以(yǐ)在(zài)提(tí)高(gāo)階(jiē)段(duàn)擁有(yǒu)更(gèng)好(hǎo)，更(gèng)快(kuài)速的(de)学習过(guò)程。

明(míng)德揚MP801開(kāi)發(fà)板

想(xiǎng)要(yào)了(le)解(jiě)更(gèng)多(duō)FPGA開(kāi)發(fà)板相關(guān)知識的(de)朋友可(kě)以(yǐ)在(zài)下(xià)方(fāng)留言，我(wǒ)们(men)互相讨論互相交流！