FPGA簡介及初學者如何挑選FPGA開發板

FPGA即現場可編程門陣列，屬于可編程邏輯器件的一種。隨著工藝的進步和 EDA 設計工具的不斷發展，FPGA 的門檻（學習成本和價格成本）也越來越低，目前已經成為實現數字系統的主流平臺之一。FPGA 的集成度越來越高，而對應的功耗和成本卻在不斷降低，使得其被廣泛應用到各種領域中去，像是蝴蝶效應那般，更多的應用領域也催生各個 FPGA 廠商對旗下的產品也做越來越細致的劃分，對于產品來說，這是件好事，但是對于硬件工程師來說，好處是可以按需選型節約成本，但也意味著器件的選型和資源評估需要更加謹慎。

當工程師要選擇 FPGA 開發板的時候，首先要問的是我們能得到什么以及我們準備用它來做什么？對于初學者來說，FPGA還是相當令人生畏的，但是如果有一個好的評估板作為開端，那將能達到事半功倍的效果，或許 FPGA 的入門并不是傳說中的那么困難。今天，愛板網將為大家介紹一款通用型的、低成本的 FPGA 開發套件——由 AVNET 推出的 Artix-7 50T FPGA 評估套件。

Artix-7 器件在28nm的工藝上實現了低成本和低功耗，并且經過優化，可以在設計中實現最佳的性能與功耗結合，另外，Artix-7 器件具有非常顯著的特點，集成了AMS、收發器等功能，可以廣泛的應用在軟件定義無線電、機器視覺照相以及低端無線回傳的領域。

板卡預覽

下面，我們實際來看下Artix-7 50T評估套件。包裝盒內部除了評估板外，還配備了一根網線，兩根MicroUSB線，或許有人有疑惑，為什么配備兩根 MicroUSB 線呢？其實一根是用于串口輸出以及供電（如果沒有相應的適配器，也可以考慮直接通過電腦端的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用需求，如果板卡連接器連接太多外設，也可以通過電源插口（J13）外部直流供電。），另一根用于板卡的下載調試，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。Artix-7 50T FPGA評估套件的手冊等資料可以在AVNET官網免費下載，值得一提的是AVNET提供了板卡的全套電路圖，對于想了解和著手Artix-7系列FPGA芯片的電路設計是一個非常好的參考。

值得一提的是，Artix-7 50T FPGA評估套件上提供了6個Pmod連接器，每個連接器包括2個電源信號，2個低信號和8個I/O信號。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連接器的信號走線并沒有考慮阻抗和信號匹配的問題。目前市面存在各種各樣的Pmod外圍模塊，設計者可以根據需要靈活的選用，大大提高了擴展性能。

我們重點來看下板卡上的主FPGA芯片，具體型號為XC7A50T-1FTG256C。

XC7A50T-1FTG256C在Artix-7系列FPGA中屬于中間配置的型號，包含了52160個邏輯單元，120個DSP Slice，2700Kb儲存器、4個GTP收發器等，詳細的配置參數可以參考下表。

接下來，進入正題上電使用

Artix-7 50T FPGA評估套件使用非常簡單方便，兩根micro-USB線就能搞定一切，一根用于供電，不用額外的穩壓電源或者變壓器供電，對工程師來說真是個福音；另一根用于下載調試，不需要額外的仿真器，方便工程師開發。

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

波特率設置為115200,8bits，no parity，1 stop bit，復位板卡即能看到串口輸出。

板卡的內置程序是驗證板卡的各個功能的，包括I2C、DDR3、LED、Switch、按鍵這5個功能，筆者一一試了下，這5個功能的實現是沒有任何問題的。

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。

開發環境

Artix-7 50T FPGA評估套件可以選用Xilinx官方的EDA設計工具Vivado，這個一個非常強大的工具，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頁安裝包，用這個非常方便，可以最精簡的選擇你所需要的器件，安裝程序的話可以去官網下載。

不過網絡不給力的用戶不建議用網頁安裝板，很容易裝到一半卡住，可能要從頭來過，這點上確實有點得不償失的感覺，或許直接下載離線的安裝包適合你。

對于初次上手VIVADO工具的用戶，可能會遇到很多問題，比如軟件的配置，基本功能的使用，好在Artix-7 50T FPGA評估套件提供了類似“手把手”的教程指導，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評估板的定義文件7A50T_Board_Definition_Files_Vivado（文件在AVNET官網提供），將此文件夾下的內容復制到Vivado軟件artix7文件夾目錄下。

安裝完成后我們就可以用它來生成基于MicroBlaze軟核處理器的設計項目了，從VIVADO設計工具新建項目。

在Boards下面我們可以找到Artix-7 50T FPGA評估套件。

按照官網提供的使用指導手冊（使用指導）流程做下去，過程很詳細，本文就不累述了。

值得注意的一點時，當完成設計，想通過板載的仿真器下載編譯完成的文件時，會使用到另一個MicroUSB接口的COM口，與USB轉串口的方式不同，需要區別對待，其中COM口驅動的話在安裝VIVADO工具時會提示安裝。

另外，Artix-7 50T FPGA評估套件還包括其他的相關Demo資源，比如LwIP、Proximity_Sensor等應用，本文由于篇幅限制，板卡的眾多功能來不及一一展示，對這方面有興趣的工程師可以點擊“查看原文”查看。

小 結

不得不提，Artix-7 50T FPGA 評估板是一套非常完整的系統開發工具套件，更是一個通用原型設計和測試的好幫手，它將嵌入式處理器系統所需的所有功能和接口都集成到XC7A50T-1FTG256C芯片上，適合那些對 MicroBlaze軟處理器或 Artix-7 FPGA感興趣、對低功耗平臺有需求的嵌入式工程師。Artix-7 50T FPGA 評估板無論是從評估工業以太網協議到集成多傳感器、或是到運行基于 Linux 的 Web 服務器，都可以幫助工程師驗證新的設計理念。