嵌入式电路设计（fpga电路设计）

Posted 2022-01-19 费晓行

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    之前本来准备写写dsp电路的，实际上目前用的比较多的dsp还是28335，常用于电机控制。但这类电路和stm32其实都属于mcu，除了执行浮点计算的处理方法不一样，硬件接口部分没什么太大的区别，可以推迟到后面再说。所以，我们今天先谈谈fpga电路。

    大部分公司里面，fpga其实是属于硬件这块的，至少通讯公司里面fpga是和硬件部门分在一起的。如果是芯片设计公司，fpga一般用作芯片原型设计的，也就是流片之前，主要的功能先在fpga上面跑一跑。实际项目中，fpga一般有两个用途，一个是做硬件算法加速，这个常见于zynq，另外一个就是帮助做一些实时控制、或者是信号采集这类对实时性有要求的场合。

    虽然听过fpga的人很多，但是熟悉fpga最小电路的人不一定多。我们可以借助于开源硬件平台了解下。原电路图的地址在这，https://oshwhub.com/wangxuan/fpga-ddr-ce-shi-ban。

1、功能说明

    从图上看，这就是一块很简单的fpga电路图，两边的排针也没有焊接上去。其实，这就是一块fpga最小系统，只不过还有一块ddr1的芯片，在电路板的背面。

2、fpga芯片

     fpga用的是ep4ce10e22，这是一块低端fpga芯片，总共有8个bank。每一个bank可以理解成一个子模块，子模块里面有电源输入、有信号输入输出。从电源接口上说，就是2.5v、1.2v两种。这里，除了pin9、pin14、pin92和一个电阻相连，其他要么电源、要么地、要么就是直接和其他信号直连。

3、晶振

    晶振是芯片的灵魂，外挂一个50M的晶振也是少不了的。fpga的晶振普遍没有mcu、soc高，但是这不妨碍它的高性能、低功耗，本质原因还是在于其并发的verilog设计。

4、sof保存的地方

    fpga内部是没有办法保存sof文件的，所以上电后，需要从外面的flash加载到fpga，这样fpga才能稳定运行。

5、jtag烧入接口

    第一次把bitfile烧入到flash里面，其实需要借助于jtag的帮助，这个和arm soc的jtag其实是一样的。TDI和TMS各有一个上拉电阻，TCK接一个下拉电阻。

6、dcdc电源转换

    通常输入电压一般是5v，所以这里就需要用ams1117将其装换成3.3v、2.5v、1.2v。后两个是fpga需要的电压，3.3v是ch340e需要的电压。注意选用不同的ams1117型号即可。 

7、ddr部分

     上面这三部分，也就是U1.1、U1.2、U1.3指的都是同一个芯片，除了一部分nc悬空、一部分接地，剩下来就是地址、数据、cas、ras、we这些常用接口了。它们都是和fpga直接相连。ddr的电压输入为2.5v。

8、usb接口、usb转串口

    这部分就是常见套路了，usb mini提供电源，还通过ch340e实现了usb转串口，注意这里ch340e是3.3v输入。 串口直接连接fpga。

9、电源滤波

    常规操作，电源滤波，一般 电容的位置需要和芯片靠近一点。

10、两个特殊的滤波电路

    和上面第9部分不同，c24、c25是在电压变换后，并联一个电容，而第9部分是在芯片输入的时候， 并联一个电容。前者一般是47uF，大一点，后者一般都是100nf，小一点。

11、引出的接口

 

    和第5部分J1调试接口不同，J3、J4这里引出的接口主要用于扩展fpga的使用，把一些不用的接口通过这种方式引出来。 

    一个小巧的fpga电路也就上面这部分内容，这还包括了ddr和ch340e这些额外添加的内容。所以，大家其实也不用觉得fpga有多神秘，它就是一个普通的电路，对于那些功能不多，但是对速度和性能要求很高的场景，fpga其实是非常适合的。