如何为应用选择最佳的FPGA（下）
如何为应用选择最佳的FPGA（下）
How to select an FPGA board?
FPGA板的选择在很大程度上受FPGA本身的影响，也受整个板的特性和性能的影响。们已经在上面的章节中讨论了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板的决策过程中，一些非详尽的常见因素包括：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、标准遵从性和支持质量。当然，成本也是一个因素。
Common Peripherals, Interfaces, Connectors, and Memories available in a typical FPGA Board
Peripherals
外设和扩展连接器是任何FPGA板的显著特征。不同的目标用户对们希望在FPGA板中看到哪些外围设备有不同的期望。例如，希望学习数字电子和RTL设计的学生会想要一些外围设备，如开关、按钮、7段显示器、LED、USB串行端口、LCD字符显示器、VGA输出等。们不会想要更高端的外设，因为们还没到可以有意义地使用这些设备的阶段外围设备。Elbert V2、Mimas V2、Waxwing Development Board和Mimas A7 FPGA开发板都是满足学习者和爱好者群体期望的电路板示例，具有大量面向学习的外围设备。
高端外围设备的例子有千兆以太网、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来说可能没有太大用处，但对于一个必须使用千兆以太网的复杂项目来说，们是不可或缺的，例如，由于项目要求，必须使用千兆以太网或任何其外围设备。Proteus Kintex-7usb3.0fpga板、Nereid Kintex-7pci-Express开发板甚至带有千兆以太网和DisplayPort外围设备的Mimas A7开发板都属于这一类。
Peripherals in Mimas A7:
下表突出了低成本板之间的对比。ElbertV2具有有限的低速FPGA和外围设备，与高端板相比，GPIO数量更少。Nereid和Proteus，具有技术上更优越的FPGA、更高速的外围设备、连接选项、收发器和大量gpo。
Nereid & Proteus Vs Elbert V2 :
对于批量生产，模块形式的FPGA板也非常流行。FPGA模块通常与载波板一起使用，以充分发挥其潜力。FPGA模块为用户提供了充分的灵活性来设计们自己的载波板和外围设备、连接器和硬件。例如，Neso Artix-7 FPGA模块一直是非常受欢迎的FPGA模块，因为具有模块外形，而且还与相同外形的高端和低端模块（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
虽然连接器有大量的选项，但根据所需的速度和针数，最好选择标准连接器或使用通用的现成连接器，以便用户可以轻松地设计自己的扩展模块。在这种情况下，连接器和扩展I/O端口是可以互换使用的术语。以太网、HDMI等外围设备都有自己的专用连接器，但本段仅指用于I/O扩展的连接器或端口。
Callisto K7 Vs Aller comparison in terms of I/Os:
连接器主要可分为低速连接器与高速连接器，低针数连接器与高针数连接器。Pmod连接器是低速、低针数连接器的一个例子。们是面向FPGA板的爱好者中非常流行的连接器。Elbert V2和Mimas V2具有类似的用于扩展模块的0.1英寸低速连接器。
HDMI、SATA和DisplayPort接口是高速、低插脚数的连接器。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（甚高密度电缆互连）连接器、PCI Express连接器，这些连接器主要用于需要与高采样率adc、高速dac、千兆位收发器等接口的高端FPGA板中，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兼容的连接器，这意味着来自不同供应商的兼容FMC扩展模块的完整生态系统可以与Nereid和Proteus一起使用，没有任何重大问题。
Onboard Memory Interfaces
FPGA板中的内存选择范围很广。最简单的是SRAM和SDRAM。其选项包括LPDDR、DDR2、DDR3、DDR4等。根据应用程序和项目要求，即使是简单的SRAM也可能足够，或者可能需要更大容量的内存，如DDR3和DDR4。同样重要的是要考虑到来自FPGA IC供应商或第三方的内存控制器IP核的可用性。对于网络应用，由于低延迟和高吞吐量，诸如RLDRAM和qdrram之类的内存技术是首选。用于DDR3和DDR4内存的SODIMM外形尺寸为用户提供了方便，可以随时升级、降级或更换内存模块，而无需对硬件进行任何更改。这使得SODIMM在用户中非常流行。SODIMM内存模块也相对便宜，并且易于现货供应。Nereid Kintex-7 PCI Express FPGA板具有用于DDR3L内存的SODIMM连接器。Proteus Kintex-7fpga开发板还有一个SODIMM连接器，与Nereid的FPGA连接完全相同，因此两者都可以互相兼容。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存储器，另一个需要考虑的重要存储器是闪存。对于FPGA来说，这一点尤为重要，因为在FPGA上运行的设计的比特流存储在该存储器中。在加电期间，FPGA从闪存中读取比特流，并使用该比特流数据进行自配置。带有SPI通信接口的Flash存储器在这方面很流行，几乎所有的fpga都支持从SPI-Flash配置（或引导）。作为一个串行接口，每个时钟1位，原来的SPI flash在配置大型fpga时速度较慢。因此，改进的SPI接口，如双SPI、Quad SPI（QSPI）和QSPI-DDR被用于更快的数据传输。QSPI闪存每时钟传输4位，导致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进行配置尤为重要。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应该至少有足够的容量来容纳一个比特流，但是通常应该有足够的空间来容纳两个比特流和固件，比如Linux映像或任何其用户数据。Numato Lab的大多数7系列FPGA板都有128Mb的QSPI闪存，而更新的电路板（如Callisto K7和Aller Artix-7 M.2 PCI Express板）具有1Gb QSPI-DDR闪存，其空间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，这一因素往往被FPGA板制造商忽视。如果任何FPGA都很难开始使用，也很难使用，那么即使是专业的FPGA用户也会倾向于远离此类电路板。对于刚开始FPGA开发的初学者来说，FPGA板制造商应该不遗余力地使们的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。但是，值得注意的是，虽然好的技术文档在可访问性方面的确令人惊叹，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，在开发板制造商中有一个趋势，就是在板上安装大量的跳线。每次需要使用该板时，都需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
集成了客户项目所需所有功能的FPGA板将加快客户设计的上市时间。客户可以开始工作的RTL，固件和软件设计，尽快收到董事会。这些板是独一无二的，因为们既满足开发要求，也满足生产要求。这类电路板通常是FPGA模块外形板，如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，们可以是卡的形式，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以简单地插入主机系统并立即使用。
上市时间也受RTL、固件和软件开发时间的影响。Intercore SDK等框架使快速设计项目变得非常容易。Intercore SDK使用户能够在设计中利用现有的AXI兼容IP核心生态系统，并与主机系统无缝地通信和传输数据。内核间SDK提供了C、C++、java、python和NoDEJS中的库，使用户更容易使用内核间SDK框架开发应用程序。这简化了们的设计流程，为们提供了专注于项目其重要方面的选择。
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模块或扩展模块的载波板。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，没有深度定制的余地，因为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、引脚兼容的FPGA部件、在板中使用更高或更低速度等级的FPGA部件、根据客户要求配置银行电压的选项、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。
