浅谈FPGA的选型

Posted 2020-11-01 alifpga

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工欲善其事必先利其器，开发FPGA的第一步，当然是选择一片符合设计需求的芯片。

器件特色

选片第一个关注的应该是FPGA器件的专用资源。

例如是否需要高速接口，如果需要的话，需要多少个通道，各个通道需要的最高收发速度是多少。

同样，如果需要实现运算量较大的算法模块时，则要求FPGA器件需要有大量的DSP模块，并拥有足够多的RAM块来配合这些DSP模块。

规模大小

 

在选型时，因为FPGA设计还未开始，很难确定FPGA器件的规模。

通常的做法是，针对本次设计中想要用的FPGA器件系列，重新编译之前的某些功能模块，以便获得一个大致正确的规模估计。

如果设计中使用了IP，这些IP核也需要编译后，加入到总面积估算中。

再将需要加入的新功能进行设计估算。

两方面加起来后，在此基础上预估再增加20%-30%，基本上可以满足之后的设计需求。

甚至有时，现有的嵌入式逻辑分析仪也需要耗费内部存储模块，调试过程的资源消耗可能也需要考虑在内。

若FPGA留有余量：

避免时序收敛对设计的影响，减少开发周期，快速进入板上调试阶段；

则对设计后期修改或产品版本更新所增加的逻辑单元，就能比较容易的被接纳；

设计在FPGA上正常运行后，如果FPGA上有大量未使用的资源，此时可以考虑换区一个比较小的器件以降低成本，这时候要注意的就是引脚在移植代码时的修改问题。

速度需求

首先需要分析功能需求，然后在平衡资源与速度后，估计速度需求。同样也可以根据之前的设计来确定，根据FPGA供应商提供的datasheet，在最大速度的基础上，留出足够的安全余量，确定选型。

当然，也可以直接选择同类型的速度等级最高的器件，尽早的进入设计调试阶段。等功能完善之后，再选用一个较慢的FPGA器件来做降成本的设计。

引脚

设计需要I/O接口类型，直接影响到FPGA器件所需要的引脚数目和封装类型。在此必须知道I/O标准和驱动强度，以及外部的接口电气标准。

同时需要关注设计中的信号完整性问题，这些都需要与硬件工程师讨论后，进行确定。

甚至有时候调试阶段，也需要预留部分引脚作为调试引脚（内嵌逻辑分析仪的资源不够时）。

IP的可用性

包括两方面：

一是芯片厂家的IP核的丰富性，如果提供足够多的IP核，覆盖我们的设计，当然是最好不过的；

二是芯片厂家是否愿意以可接受的价格（更多可能是免费）的方式将这些IP核提供给我们。

因为IP核的使用可以大大减少开发周期，缩短工时，降低开发成本，因此选型时也需要考虑这部分。

器件的可用性

一些老旧器件可能会面临停产的风险，如果开发周期超过两年以上，建议选择最新或者次新的器件，因为几年后，目前最新或者次新的FPGA器件在经济上是比较划算的，也不用担心停产，导致供货不足影响产品出货；

功耗

根据设计的功能需求，确定FPGA需要使用的电源。例如对IP核、I/O、transceiver等模块，提供各自独立的电源层，FPGA需要的电源个数越多，电路板上的元器件成本就越高。

所以需要根据之前的设计、FPGA供应商提供的功耗评估软件等估算将要消耗的功耗，从而确定所需的器件。

其他

其他方面包括：

器件的工具软件易用性，对于一些国产的FPGA器件，其开发软件稳定性较低，可能会额外增加开发成本，提高风险，因此在选型时，需要注意；

器件在高低温、强辐射等极端环境下的性能表现；

产品的继承性，一些常用功能模块的可移植性，考虑选型时，可能需要多考虑可以继承上一代产品的可用器件。

总之，在选型的时候，为自己和同事省事，为公司省成本。

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作者：杭州卿萃科技ALIFPGA

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