易靈思FPGA做替代，到底有多難？

這兩年由于疫情，太過于動蕩，包括我們的FPGA，也由于市場、供應鏈、以及某些人的短期趨利問題，價格簡直上了天。

過去一個設計用了Altera的EP4CE30F23C8N，這款芯片幾乎是Altera性價比最高的芯片，并且他和EP4CE40F是同一個Die，因此熟悉門路的人知道，可以直接將EP4CE30F價格采購的芯片，當作EP4CE40F來用，瞬間資源倍增，如下圖所示，LE直接增加1/3，Memory和乘法器幾乎翻倍：

可惜是曾經可以用60-80RMB的零售價買到的EP4CE30F FPGA，由于這兩年的動蕩，以及供應鏈的轉移，10倍的價格也只能買到翻新的料了?；蛟SAltera也可能已經放棄了中低端Cyclone IV系列FPGA，或者更多的將產能放到了高端Stratix FPGA上了。

那么我們就難了，原有的產品不能因此斷片，全新的EP4CE30幾乎需要幾千才能買得到，進退兩難，只能另謀出路，上帝給你關閉一扇門的同時，很有可能還會給你開另一扇門。

之前我寫過一篇公眾號，時隔10年，我將重新殺回國產FPGA，其中我列舉了當前國產FPGA的市場格局，如下圖所示：

我在這些選項中尋找尋找可以替代EP4CE30F的FPGA，希望這款FPGA可以滿足以下要求：

邏輯資源在30K左右

硬件DSP在100個以上

引腳在256-484之間

有豐富的Memory資源

可以運行在200MHz左右的頻率

縱觀思維導圖，我找不到可以同時滿足以上5個要求，同時價格還可以和EP4CE30F不相上下的FPGA。直到有一天，Eric給我推薦了易靈思。易靈思有Trion和鈦金兩個系列，相比工藝Trion系列和Cyclone IV更貼近，同時第一次觀摩T35(35K LE）的內部資源，瞬間讓我找到了北，太滿足替代EP4CE30F的需求了，其資源如下。

尤其是乘法器的數量，在同等規格的國產FPGA中，我幾乎找不到能做到這么慷慨的，這給需要做一點圖像運算的我笑出了聲。

一直拖著，一直拖著，直到有一天，我確實被Altera的貨源逼瘋了，最終不得已，我下手將EP4CE30F給成了T35F324，即便是降低性能我不能讓設計承受50倍物料的成本，為此不惜代價。也感謝自己放棄了很久，最終還是堅持到了曙光，雖然這一路上的坎坷，真的不堪入目。

（一）軟件使用的艱難

這應該是使用國產FPGA，尤其是使用易靈思FPGA的同仁的心聲。細數目前國產FPGA的軟件開發環境，只有類Quartus和不類Quartus兩種，前者以紫光、安路為代表，換個環境根本不需要什么手冊教程；后者就是易靈思的Efinity，思路清奇，別具一格，用FAE的話說是：沒有他們的指導很難摸透（所以之前寫過一篇文章：骨骼清奇的易靈思FPGA-小試牛刀驅動LVDS屏）。

這過程確實浪費了不少的時間，包括Interface是純硬件的設計，到Design的物理連接是分離的，所以原先Altera的設計不能直接移植。同時RAM ROM使用LUT描述再映射RAM的方式，確實和之前直接用IP Core非常不一樣。這里以引腳分配為例，截圖為證：

（二）軟件綜合和PR的坑

由于原本在設計中，采用ShiftRAM生成了41*41的窗口進行后續的圖像處理，因此簡單粗暴的有1681*8個寄存器，用于計算。但一模一樣的設計，在易靈思的Efinity中半天都無法綜合出結果，更別說PR，百思不得其解，最后只能花費巨大的精力，將按窗口的存儲修改成按照列的存儲模式，但是代價是需要復雜的邏輯以及主頻。下圖分別是Quartus與EfinityPR后的資源報表：

因此，這里不得不說國產FPGA的EDA工具鏈的重要性。在IC行業，EDA工具是被Synopsys、Cadence、Mentor三大家壟斷的，國產EDA目前還只是萌芽階段，這方面少說還有幾十年的差距。

FPGA行業也亦是如此，Quartus II的軟件是做的宇宙最好的，那是真的好用；Xilinx的Vivado是做的很強大甚至一個軟件30多G，強大到一時半會兒還學不會。國產FPGA的軟件，那簡直做的是一塌糊涂，到底是PR優先，還是時序有限，或者其綜合、PR算法，那真的不敢恭維，個人認為還是有很長的路要走。

不過易靈思的Efinity軟件，相對其他某幾家，做得還是不錯的。

（三）硬件設計的約束

這方面真的太難了，如果沒有FAE的支持，處處是坑。如果有FAE這根避雷針，很多時候可以避免掉坑里，畢竟爬出來還要很久。比如：

1）CRESET必須有上拉電阻+下拉電容，或者加一個復位芯片，否則無法正常啟動工作

2）硬件設計的時候，有些GCLK輸入的時鐘可以去PLL，而有些GCLK輸入的時鐘只能直接使用。

那么問題來了，如果全局只有從PLL GCLK輸入的時鐘，如果我想先延時一段時間在釋放PLL的復位，那么就得用PLL之前輸入的時鐘，但是Efinity從PLL輸入的時鐘，不允許用戶直接拿來用，似乎是PLL專用的。。。所以這就很尷尬，強行使用，采用Efinify 2021編譯直接報錯，采用2022編譯會給出Warming，但流程可以繼續往下走，這就很尷尬了。

個人目前對Efinify的GCLK網絡結構還是有一點懵圈，不知道只有bug呢，還是有特別的妙招，反正現在使用受限。

3）一個BANK并不是所有IO都可用的，但用了也不會咋地，FAE又據說速度慢一點可以，但有時也真是有一些異常，官方有明確的答案嗎？

然后我現在確實有遇到一些神奇的問題，比如某一個一定時序啟動的設備，有概率性時間起不來，不知道是不是IO用多了的問題。

面積與功耗的優勢??！

但不得不說易靈思的FPGA，0.65mm的球間距，12*12mm的封裝尺寸，還有當前設計沒有用上的DDR硬核和MIPI CSI控制器，簡直是圖像領域FPGA設計的福音。

還有非常關鍵的一點，我們都知道Altera FPGA功耗比Xilinx FPGA的功耗做的好很多，但與易靈思FPGA相比；同等規模+同樣設計的Altera的功耗，還是做的略遜了一點。如下所示，同樣的系統+同樣的設計（后來用了同一套代碼），分別測試Altera與易靈思T35方案，實際的5V下電流，如下所示：

從原先的6.4W，到采用易靈思T35后降低到3.8W，幾乎降低了40%的功耗。并且這還是整機的功耗，如果單純評估FPGA的功耗，估計降了100%以上（系統中還有一個吃電的DLP光機）

至此，最近幾個月的易靈思FPGA項目實戰的坎坷精力，已經給大家匯報完畢，期間也是一把鼻涕一把淚，換方案想著簡單，做起來還是挺麻煩的。此處感謝易靈思T35，可以把物料成本上天的方案降低到合理水平，得以讓此繼續。也真心祝愿各位采用國產FPGA做替代的朋友，早點讓自己的設計安頓下來，找到一條可以走得更遠的路。

審核編輯 ：李倩