如何为应用选择最佳的FPGA（下）

How to select an FPGA board?

FPGA板材的选择在很大程度上受到影响FPGA它本身的影响也受到整个板的特性和性能的影响。上述章节已讨论FPGA芯片。在本节中，们将介绍选择任何FPGA板的思想过程。

在选择FPGA在板的决策过程中，一些非详细的常见因素包括：外围设备、扩展连接器、内存接口、易用性、上市时间、定制选项、文档、标准遵从性和质量支持。当然，成本也是一个因素。

Common Peripherals, Interfaces, Connectors, and Memories available in a typical FPGA Board

Peripherals

任何外设和扩展连接器FPGA板的显着特征。不同的目标用户对们希望在FPGA在板中看到哪些外围设备有不同的期望。例如，我想学习数字电子和RTL学生会想要一些外围设备，如开关、按钮、7段显示器等LED、USB串行端口、LCD字符显示器，VGA输出等。人们不想要更高端的外围设备，因为他们还没有达到有意义地使用这些设备的阶段。Elbert V2、Mimas V2、Waxwing Development Board和Mimas A7 FPGA开发板是满足学习者和爱好者期望的电路板示例，有大量的外围设备供学习。

千兆以太网是高端外围设备的例子，PCI Express、QSFP笼、USB 2.0/3.0 PHY、DisplayPort等。虽然这些外围设备对任何初学者都没有多大用处，但它们对于一个必须使用千兆以太网的复杂项目是必不可少的。例如，由于项目要求，必须使用千兆以太网或任何其他外围设备。Proteus Kintex-7usb3.0fpga板、Nereid Kintex-7pci-Express开发板甚至有千兆以太网和DisplayPort外围设备的Mimas A7开发板属于这一类。

Peripherals in Mimas A7:

下表突出了低成本板之间的对比。ElbertV低速有限FPGA与外围设备和高端板相比，GPIO数量更少。Nereid和Proteus，有更好的技术FPGA、高速外围设备、连接选项、收发器和大量gpo。

Nereid & Proteus Vs Elbert V2 :

对于批量生产，模块形式FPGA板也很流行。FPGA模块通常与载波板一起使用，以充分发挥其潜力。FPGA该模块为用户设计自己的载波板、外围设备、连接器和硬件提供了足够的灵活性。例如，Neso Artix-7 FPGA模块一直很受欢迎FPGA由于模块的形状，以及高端和低端模块的相同形状(如Narvi Spartan-7模块、Skoll Kintex-7模块和Styx Zynq 7020模块)交叉兼容。

Connectors and Expansion I/Os Ports

虽然连接器有很多选项，但最好根据所需的速度和针数选择标准连接器或使用通用的现成连接器，以便用户可以轻松设计自己的扩展模块。在这种情况下，连接器和扩展器I/O端口是可交换的术语。以太网，HDMI外围设备有自己的特殊连接器，但本段仅指用于I/O扩展连接器或端口。

Callisto K7 Vs Aller comparison in terms of I/Os:

连接器可分为低速连接器和高速连接器、低针数连接器和高针数连接器。Pmod连接器是低速、低针数连接器的例子。它们面向FPGA板爱好者中非常流行的连接器。Elbert V2和Mimas V用于扩展模块的0有类似的.1英寸低速连接器。

HDMI、SATA和DisplayPort接口是高速、低插脚的连接器。它们主要用于各自的预期应用程序，但也可用于自定义应用程序。另一端是高速、高针数连接器，如FMC（FPGA夹层卡)连接器，FMC 、HSMC（高速夹层卡)连接器，VHDCI(高密度电缆互连)连接器，PCI Express这些连接器主要用于需要高采样率adc、高速dac、高端接口，如千兆位收发器FPGA信号完整性是这些连接器中最重要的因素。PCI-Express有两个高速PCI-Kinc-7接口（高速PCI-Kinc-7接口）。Nereid和Proteus中的FMC连接器是VITA 57.1/ANSI这意味着不同供应商的兼容连接器FMC完整的扩展模块生态系统可以与Nereid和Proteus一起使用没有重大问题。

Onboard Memory Interfaces

FPGA板内存的选择范围很广。最简单的是SRAM和SDRAM。其选项包括LPDDR、DDR2、DDR3、DDR4等。即使是根据应用程序和项目要求，也很简单SRAM或者可能需要更大容量的内存，比如DDR3和DDR4。同样重要的是要考虑来自FPGA IC供应商或第三方内存控制器IP核的可用性。对于网络应用，由于低延迟和高吞吐量，如RLDRAM和qdrram这种内存技术是首选。用于DDR3和DDR4内存的SODIMM外观尺寸方便用户随时升级、降级或更换内存模块，而无需更改硬件。这使得SODIMM很受用户欢迎。SODIMM内存模块也相对便宜，易于现货供应。Nereid Kintex-7 PCI Express FPGA板具有用于DDR3L内存的SODIMM连接器。Proteus Kintex-7fpga还有一个开发板SODIMM连接器，与Nereid的FPGA连接完全相同，两者都可以兼容。其板，如Neso、Narvi等都有2Gb DDR3芯片永久焊接到模块中。Saturn Spartan 6 FPGA模块板载512Mb LPDDR芯片。

External RAM comparison: Nereid vs Saturn vs Neso:

除了易失性RAM另一个需要考虑的重要存储器是闪存。对于FPGA这一点尤为重要，因为在FPGA上运行设计的比特流存储在存储器中。在加电期间，FPGA比特流从闪存中读取，自配置比特流数据。带有SPI通信接口的Flash存储器在这方面很受欢迎，几乎所有fpga都支持从SPI-Flash配置(或指导)。作为串行接口，每时钟1位，原始SPI flash在配置大型fpga速度慢。因此，改进SPI接口，如双SPI、Quad SPI（QSPI）和QSPI-DDR用于更快的数据传输。QSPI闪存每小时传输4位，导致闪存每小时传输4位FPGA配置时间快4倍。对于具有PCI-Express接口的FPGA板，在BIOS开始枚举PCI-Express设备之前对FPGA配置尤为重要。所以在这种情况下，更快的QSPI闪存是必要的。非易失性闪存的容量也很重要。SPI flash至少要有足够的容量来容纳一个比特流，但通常要有足够的空间来容纳两个比特流和固件，比如Linux图像或其他用户数据。Numato Lab大多数7系列FPGA板都有128Mb的QSPI闪存，更新的电路板(如Callisto K7和Aller Artix-7 M.2 PCI Express板）具有1Gb QSPI-DDR闪存足以容纳多个位流和自定义数据。

Flash Memory comparison: Elbert V2 vs Narvi vs Aller

Ease of use

第一印象很重要。然而，这一因素往往是FPGA板材制造商忽了。如果任何FPGA很难开始使用，也很难使用，所以即使是专业的FPGA用户也倾向于远离这种电路板。对于刚开始FPGA对于开发初学者来说，FPGA板制造商应该不遗余力地使它们FPGA板尽可能容易使用。这方面与稍后讨论的“文档”因素略有重叠。然而，值得注意的是，好的技术文档在可访问性方面确实令人惊叹，但董事会的设计决策也主要有助于提高易用性。例如，在过去的十年里，开发板制造商的一个趋势是在板上安装大量跳线。每次使用该板时，都要检查所有跳线设置，并与用户指南交叉验证。这使得使用任何电路板都很乏味。Numato Lab的FPGA产品，如Mimas Artix-7 FPGA开发板、Proteus Kintex-7 FPGA开发板等，都是为了尽可能友好地对待任何用户而设计的。

Time to Market

整合客户项目所需的所有功能FPGA上市时间将加快客户设计。客户可以开始工作RTL，尽快收到董事会的固件和软件设计。这些板材是独一无二的，因为它们既满足开发要求，又满足生产要求。这种电路板通常是FPGA如模块外形板Neso Artix-7 FPGA模块、Narvi Spartan-7 FPGA模块、Skoll Kintex-7 FPGA模块和Styx Zynq 7020模块。或者，它们可以是卡片的形式，例如Nereid Kintex-7 PCI Express开发板或Aller Artix-7 M.2 PCI Express板。模块形状因子板需要载体板进行原型设计、开发和生产。PCI Express或M.2 form factors等卡的外形尺寸板可简单插入主机系统并立即使用。

上市时间也受到影响RTL、影响固件和软件开发时间。Intercore SDK等待框架使快速设计项目非常容易。Intercore SDK用户可以在设计中使用现有用户AXI兼容IP核心生态系统与主机系统无缝通信和传输数据。内核间SDK提供了C、C 、java、python和NoDEJS用户更容易使用内核间SDK框架开发应用程序。这简化了设计过程，为专注于项目的重要方面提供了选择。

Customization options

许多客户没有自己的内部硬件设计团队来设计或修改FPGA板、用于FPGA载波板模块或扩展模块。因此，如果原始供应商以有竞争力的价格提供定制选项，那么就为客户提供了一个有吸引力的选择，可以根据们的需要定制FPGA板。显然，没有深度定制的空间，因为它本质上意味着一个独特的产品本身。用户可以使用的最常见的定制选项包括在板上使用不同的引脚兼容性FPGA在板中使用更高或更低的速度等级FPGA银行零部件按客户要求配置压的选项、使用更大容量的RAM芯片等。

对于Callisto Kintex-7 USB 3.1 FPGA模块，们为用户提供银行电压的定制选项、三种不同的FPGA选项（160T、325T和410T）、使用不同速度等级FPGA的选项、用4Gb内存而不是2Gb内存芯片填充电路板的选项等等，对于Neried Kintex-7 PCI Express FPGA开发和Proteus Kintex-7 USB 3.1 FPGA开发板，们提供了使用更高端引脚兼容FPGA或在板上使用不同速度等级FPGA的选项。

Documentation & Utilities

产品质量与其竞争对手相比有什么区别。如果一块FPGA板的文档不好，那么用户就不太可能购买该板。们绝对建议用户在购买任何产品之前仔细阅读产品文档。文档包括高质量的图片、用户手册、原理图、约束文件、机械尺寸、3D模型、GPIO参考、示例代码、关于板入门的文章、应用说明等。Numato Lab为所有产品提供了专门的知识库和文档部分。 实用工具，如用于FPGA板的编程工具应简单、稳定和便携。像Tenagra FPGA系统管理软件这样的工具使得编程和测试们的FPGA板的特性变得很容易。

Screenshots of Tenagra:

Programming Saturn Spartan 6 FPGA Module using Tenagra FPGA Management Software

Support

最后，FPGA板选择的一个关键因素是对用户可用的支持。墨菲定律说“任何可能出错的事情都会出错”是一句常见的警句，在技术领域更是如此。无论是FPGA板的问题还是RTL设计的问题，板的编程问题，驱动程序的安装问题，甚至是第一次设置板的问题，都是们努力的方向。在这些困难时期给予同情的支持会给任何客户留下持久的印象。们相信所有的客户都是品牌大使。