FPGA簡(jiǎn)介及初學(xué)者如何挑選FPGA開(kāi)發(fā)板

FPGA即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，屬于可編程邏輯器件的一種。隨著工藝的進(jìn)步和 EDA 設(shè)計(jì)工具的不斷發(fā)展，F(xiàn)PGA 的門檻（學(xué)習(xí)成本和價(jià)格成本）也越來(lái)越低，目前已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的主流平臺(tái)之一。FPGA 的集成度越來(lái)越高，而對(duì)應(yīng)的功耗和成本卻在不斷降低，使得其被廣泛應(yīng)用到各種領(lǐng)域中去，像是蝴蝶效應(yīng)那般，更多的應(yīng)用領(lǐng)域也催生各個(gè) FPGA 廠商對(duì)旗下的產(chǎn)品也做越來(lái)越細(xì)致的劃分，對(duì)于產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，這是件好事，但是對(duì)于硬件工程師來(lái)說(shuō)，好處是可以按需選型節(jié)約成本，但也意味著器件的選型和資源評(píng)估需要更加謹(jǐn)慎。

當(dāng)工程師要選擇 FPGA 開(kāi)發(fā)板的時(shí)候，首先要問(wèn)的是我們能得到什么以及我們準(zhǔn)備用它來(lái)做什么？對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，F(xiàn)PGA還是相當(dāng)令人生畏的，但是如果有一個(gè)好的評(píng)估板作為開(kāi)端，那將能達(dá)到事半功倍的效果，或許 FPGA 的入門并不是傳說(shuō)中的那么困難。今天，愛(ài)板網(wǎng)將為大家介紹一款通用型的、低成本的 FPGA 開(kāi)發(fā)套件——由 AVNET 推出的 Artix-7 50T FPGA 評(píng)估套件。

Artix-7 器件在28nm的工藝上實(shí)現(xiàn)了低成本和低功耗，并且經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可以在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)最佳的性能與功耗結(jié)合，另外，Artix-7 器件具有非常顯著的特點(diǎn)，集成了AMS、收發(fā)器等功能，可以廣泛的應(yīng)用在軟件定義無(wú)線電、機(jī)器視覺(jué)照相以及低端無(wú)線回傳的領(lǐng)域。

板卡預(yù)覽

下面，我們實(shí)際來(lái)看下Artix-7 50T評(píng)估套件。包裝盒內(nèi)部除了評(píng)估板外，還配備了一根網(wǎng)線，兩根MicroUSB線，或許有人有疑惑，為什么配備兩根 MicroUSB 線呢？其實(shí)一根是用于串口輸出以及供電（如果沒(méi)有相應(yīng)的適配器，也可以考慮直接通過(guò)電腦端的USB接口供電，大概能提供500mA電流，基本可以滿足板卡大部分的應(yīng)用需求，如果板卡連接器連接太多外設(shè)，也可以通過(guò)電源插口（J13）外部直流供電。），另一根用于板卡的下載調(diào)試，不提供供電功能。

板子為暗紅色PCB板，整體不是太大，跟成人巴掌那般大小，做工很扎實(shí)。Artix-7 50T FPGA評(píng)估套件的手冊(cè)等資料可以在AVNET官網(wǎng)免費(fèi)下載，值得一提的是AVNET提供了板卡的全套電路圖，對(duì)于想了解和著手Artix-7系列FPGA芯片的電路設(shè)計(jì)是一個(gè)非常好的參考。

值得一提的是，Artix-7 50T FPGA評(píng)估套件上提供了6個(gè)Pmod連接器，每個(gè)連接器包括2個(gè)電源信號(hào)，2個(gè)低信號(hào)和8個(gè)I/O信號(hào)。Pmod連接器主要連接一些低速的和引腳不多的外部模塊，需要注意PCB板上到Pmod連接器的信號(hào)走線并沒(méi)有考慮阻抗和信號(hào)匹配的問(wèn)題。目前市面存在各種各樣的Pmod外圍模塊，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)需要靈活的選用，大大提高了擴(kuò)展性能。

我們重點(diǎn)來(lái)看下板卡上的主FPGA芯片，具體型號(hào)為XC7A50T-1FTG256C。

XC7A50T-1FTG256C在Artix-7系列FPGA中屬于中間配置的型號(hào)，包含了52160個(gè)邏輯單元，120個(gè)DSP Slice，2700Kb儲(chǔ)存器、4個(gè)GTP收發(fā)器等，詳細(xì)的配置參數(shù)可以參考下表。

接下來(lái)，進(jìn)入正題上電使用

Artix-7 50T FPGA評(píng)估套件使用非常簡(jiǎn)單方便，兩根micro-USB線就能搞定一切，一根用于供電，不用額外的穩(wěn)壓電源或者變壓器供電，對(duì)工程師來(lái)說(shuō)真是個(gè)福音；另一根用于下載調(diào)試，不需要額外的仿真器，方便工程師開(kāi)發(fā)。

板卡通過(guò)MicroUSB接口供電口上電后，可以看到會(huì)提示需要安裝板載的USB轉(zhuǎn)串口芯片驅(qū)動(dòng)，這款芯片是Silicon Labs的CP210X系列，非常常見(jiàn)，可能很多工程師的電腦上本身就有這個(gè)芯片的驅(qū)動(dòng)，再不然，我們也可以在網(wǎng)上找到驅(qū)動(dòng)，安裝后可以看到相應(yīng)的串口，板卡的串口功能是使用板卡內(nèi)置的演示程序需要用到的。

波特率設(shè)置為115200,8bits，no parity，1 stop bit，復(fù)位板卡即能看到串口輸出。

板卡的內(nèi)置程序是驗(yàn)證板卡的各個(gè)功能的，包括I2C、DDR3、LED、Switch、按鍵這5個(gè)功能，筆者一一試了下，這5個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)是沒(méi)有任何問(wèn)題的。

1 I2C Test

2 DDR3 Memory Test

3 LED Test

4 DIP Switch Read Test

5 Push Button Switch Read Test

板卡的內(nèi)置例程可以幫助用戶盡快的熟悉板卡功能，還是非常有意義的。

開(kāi)發(fā)環(huán)境

Artix-7 50T FPGA評(píng)估套件可以選用Xilinx官方的EDA設(shè)計(jì)工具Vivado，這個(gè)一個(gè)非常強(qiáng)大的工具，但是有些遺憾的是，要使用其全部的功能，是需要Lincence的，而且完整的安裝包也異常的大，11GB多的容量有些嚇人。而目前官方還推出了網(wǎng)頁(yè)安裝包，用這個(gè)非常方便，可以最精簡(jiǎn)的選擇你所需要的器件，安裝程序的話可以去官網(wǎng)下載。

不過(guò)網(wǎng)絡(luò)不給力的用戶不建議用網(wǎng)頁(yè)安裝板，很容易裝到一半卡住，可能要從頭來(lái)過(guò)，這點(diǎn)上確實(shí)有點(diǎn)得不償失的感覺(jué)，或許直接下載離線的安裝包適合你。

對(duì)于初次上手VIVADO工具的用戶，可能會(huì)遇到很多問(wèn)題，比如軟件的配置，基本功能的使用，好在Artix-7 50T FPGA評(píng)估套件提供了類似“手把手”的教程指導(dǎo)，用戶可以按照步驟一步一步往下走，首先在VIVADO工具中安裝Artix-7 50T FPGA評(píng)估板的定義文件7A50T_Board_Definition_Files_Vivado（文件在AVNET官網(wǎng)提供），將此文件夾下的內(nèi)容復(fù)制到Vivado軟件artix7文件夾目錄下。

安裝完成后我們就可以用它來(lái)生成基于MicroBlaze軟核處理器的設(shè)計(jì)項(xiàng)目了，從VIVADO設(shè)計(jì)工具新建項(xiàng)目。

在Boards下面我們可以找到Artix-7 50T FPGA評(píng)估套件。

按照官網(wǎng)提供的使用指導(dǎo)手冊(cè)（使用指導(dǎo)）流程做下去，過(guò)程很詳細(xì)，本文就不累述了。

值得注意的一點(diǎn)時(shí)，當(dāng)完成設(shè)計(jì)，想通過(guò)板載的仿真器下載編譯完成的文件時(shí)，會(huì)使用到另一個(gè)MicroUSB接口的COM口，與USB轉(zhuǎn)串口的方式不同，需要區(qū)別對(duì)待，其中COM口驅(qū)動(dòng)的話在安裝VIVADO工具時(shí)會(huì)提示安裝。

另外，Artix-7 50T FPGA評(píng)估套件還包括其他的相關(guān)Demo資源，比如LwIP、Proximity_Sensor等應(yīng)用，本文由于篇幅限制，板卡的眾多功能來(lái)不及一一展示，對(duì)這方面有興趣的工程師可以點(diǎn)擊“查看原文”查看。

小 結(jié)

不得不提，Artix-7 50T FPGA 評(píng)估板是一套非常完整的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具套件，更是一個(gè)通用原型設(shè)計(jì)和測(cè)試的好幫手，它將嵌入式處理器系統(tǒng)所需的所有功能和接口都集成到XC7A50T-1FTG256C芯片上，適合那些對(duì) MicroBlaze軟處理器或 Artix-7 FPGA感興趣、對(duì)低功耗平臺(tái)有需求的嵌入式工程師。Artix-7 50T FPGA 評(píng)估板無(wú)論是從評(píng)估工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議到集成多傳感器、或是到運(yùn)行基于 Linux 的 Web 服務(wù)器，都可以幫助工程師驗(yàn)證新的設(shè)計(jì)理念。