FPGA之道（19）以FPGA为核心的开发板制作

前言

学习FPGA的初期，我们习惯到网上买一款FPGA开发板，这是新手学习FPGA开发的最佳途径，负责任的开发板制作者会提供相应的教程供练习，毕竟能动手操作上板子才是真正玩过FPGA，纸上谈兵始终是难以成长起来的。
但在高校或者研究所等场合更多的是跟着负责人或者导师自己制作FPGA开发板以适应项目需求。
上面提供的两种方式也是FPGA开发的两种情况。
下面摘自《FPGA之道》来了解作者对这一内容的阐述。

开发板制作

在开始实际调试FPGA设计之前，可能还有一个环节的工作，那就是开发板制作。
以FPGA为主的系统，研发情况无非有两种：

• 一种是已经有了硬件电路板，需要利用该板子的具体硬件条件并以板载的FPGA芯片为载体进行FPGA项目的开发；
• 另一种是先完成FPGA设计的所有算法及验证工作，然后根据FPGA设计的资源使用情况以及系统成本、性能等方面的需求选择一款合适的FPGA芯片，并以此为核心制作开发板。
  如果要做产品开发，那么通常是第二种情况，因此在这里，我们也简要提一下基于FPGA的开发板制作环节。

1. 先说芯片选型，其中最重要的就是FPGA芯片的选型工作。除了之前提到的资源、成本、性能等环节，选择合适的FPGA封装也是很重要的。任何电路系统都离不开电源的供给，所以电压转换芯片也是电路中必备的。可能还需要一些存储芯片作为FPGA外部的大规模缓存，一些AD或者DA芯片作为FPGA与外界交互的媒介等等，具体的需要根据系统的需求而定。
2. 再说原理图的绘制。FPGA芯片的一些必备外围电路不能少，例如I/O端口连接、不同BANK的不同供电策略、内核电源供给、JTAG接口、配置电路连接等等。电源芯片的一些处理也不能少，例如电源转换、电源滤波等等。除此以外，需要考虑系统的具体需要而定。
3. 再来看看PCB的绘制。首先确定电路板的外形、尺寸、层数等等，然后完成对板上芯片和基本元器件的布局，最后完成布线和电源、地的处理。这其中，需要注意的是时钟信号的走线，高速差分IO端口的走线、阻抗匹配等等。还有功耗的估计，用来判断是否需要为芯片加散热片。
4. 最后，介绍一下开发板制作的软件工具。电路板制作工具可以粗略分为三个档次。低档次的以PROTEL公司的Protel99SE为代表，这类软件相对来说比较容易使用，但是功能比较简单，并且对于电路板设计的过程控制不严格，因此容易出错，一般只适用于绘制结构不太复杂的电路板。高档次的以Cadence公司的Allegro和Mentor公司的MentorGraphic为代表，这类软件功能非常强大，可供设置的选项非常之多，并且对于电路板设计的过程控制非常之严格，因此很难出错，适合非常复杂或严格的电路板开发，但缺点就是使用起来非常的麻烦，初次使用时需要较长的时间才能慢慢上手。 而中档次的正好就是低档次与高档次的一个折中，以Mentor公司的PowerPCB（新版本好像叫PADs）与PowerLogic，PROTEL公司的Altium（Protel DXP的进化版）为代表，这类软件功能比较完善且使用没那么复杂，因此比较常用。