原创 FPGA开发板基础知识及应用简介

　　据研究分析称FPGA开发能力对工程师而言将成为类似C 语言的基础能力之一，面对这样的发展趋势，你还能简单地将FPGA 当成一种逻辑器件吗？还能对FPGA 的发展无动于衷吗？在此，小编通过整理一些关于FPGA开发板的资料，分享大家FPGA开发板使用心得，希望能对大家有所帮助。

　　FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

　　FPGA一般来说比ASIC（专用集成芯片）的速度要慢，无法完成复杂的设计，而且消耗更多的电能。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD（复杂可编程逻辑器件备）。

FPGA开发板简介
　　FPGA开发板在基于MCU、定制ASIC和体积庞大的电线束来实现引擎及控制电子的系统方案已发展至接近其技术和应用极限，汽车工业正面临新的设计挑战，本文介绍FPGA在赛车引擎控制单元中的应用，帮助设计人员缓解产品更快推出市场的压力、减少元件数目、在单一硬件平台上实施标准化以及满足不断升级的安全要求。
FPGA开发板之Altera Cyclone系列FPGA EP1C6
　　FPGA开发板FA161核心器件为Altera Cyclone系列FPGA EP1C6，FA161板载有SDRAM，SRAM，FLASH方便制作各种应用，FPGA开发板所带资料中包括了上位机与开发板USB通信，上位机与开发板以太网通信，上位机与开发板串口通信例程。FA161板载有USB 1.1，USB 2.0(CY7C68013A)接口，以太网接口(RTL8019AS)。FA161上可以进行HDL程序开发，可以进行nios ii程序开发，可以结合MATLAB制作DSP Builder应用。FA161上可以运行uClinux和Micro C/OS-II实时操作系统。 FA161资料中包括了视频教程以方便用户学习和使用。

(1)      硬件组成

　　FPGA开发板FA161核心器件为 Altera CYCLONE系列的EP1C6，FA161外观如下图所示。

　　FA161的PCB为4层板，支持以太网接口，以太网芯片为RTL8019AS，开发板光盘中包含了基于RTL8019AS，FPGA HDL语言和Nios II的ARP，ICMP，UDP等协议的源程序。联华众科FPGA开发板FA161具有丰富的板载资源。

　　?         核心器件FPGA芯片为Altera EP1C6Q240，EP1C6的IO分3组DATA总线，ADDR总线和GPIO总线以插座的形式引出，以供外部扩展时使用。EP1C6的配置芯片是EPCS1。

　　?         板载存储器包括SDRAM MT48LC4M32存储空间为16M Bytes，SRAM IS61LV25616存储空间为512k Bytes，FLASH AM29LV320存储空间为4M Bytes。

　　?         USB接口包括USB1.1和USB2.0，USB1.1的USB信号经钳位后直接连接到FPGA的IO。USB2.0的USB信号经USB接口芯片CY7C68013A后连接到FPGA，开发板资料里包括了CY7C68013A的例程，如driver，firmware，fpga程序，运行在PC上的application。

　　?         以太网接口芯片为RTL8019AS，由FPGA完成RTL8019AS的寄存器配置，开发板光板包括了自行制作的RTL8019AS元件，在SOPC Builder中可以添加到Nios II处理器里面，这样方便在Nios II上开发网络协议。

　　?         其他接口包括扩展总线DATA，ADDR，GPIO接口，PS2鼠标键盘接口，VGA接口，RS232串口，JTAG/CONFIG下载接口。其中JTAG和CONFIG下载接口为5*2插座方式，需经ByteBlaster II下载线转接到PC并口，或经USB Blaster连接到PC的USB口。开发板随板带有ByteBlaster II下载线，用以连接开发板下载接口到PC并口，完成编程下载工作。

　　?         显示设备包括LCD1602显示屏，6位7段红色数码管，8位绿色LED发光二极管。

　　?         音频输出设备包括一个蜂鸣器。

　　?         输入设备包括4*4键盘阵列和4位独立按键。

　　?         复位电路由一个复位按键和一片复位芯片组成，复位芯片为MAX811R，MAX811R输出低电平有效的复位脉冲，脉冲宽度为140ms。MAX811R的复位门限（Reset Threshold）为2.63V，输出的复位信号提供给FPGA芯片，FA161上EP1C6核心工作电压为1.5V，IO工作电压为3.3V。

　　?         电源部分包括LM1085-5.0，AS2830-3.3和AS2830-1.5各1片，LM1085-5.0提供5.0V直流电源，AS2830-3.3提供3.3V直流电源作为FPGA IO电源，AS2830-1.5提供1.5V直流电源作为FPGA芯片EP1C6的核心电源电压。

(2)       配件清单
　　FA161包含的标配配件如下图所示。

图3 FA161及标配配件清单

图4 FA161选购配件清单

FPGA开发板应用

　　过去汽车电子产品的开发周期是漫长的，而现在许多汽车制造商现正致力于在更短的时间内，装备消费者所需的新一代汽车。诸如GPS导航系统和DVD播放机等设备的产品生命周期相对较短，因此，产品推向市场的速度非常重要。今天，采用ASIC可能会使开发周期增加30周，加上掩模成本大幅攀升，使得开支和风险也进一步提高。

　　与此同时，因为当今的汽车引入了许多标准和技术，使ASIC的应用缺乏灵活性，从而增加其被废弃和延迟应用的风险。消费者还要求享有各种功能选项，使得汽车厂商必需以一套元件组合为基础，再根据不同需求进行配置。为了快速实现这些高度集成和不断变化的系统，能够使产品快速推向市场的FPGA为汽车厂商带来了所需的灵活性，可在现场进行系统硬件升级，而毋须执行昂贵的返工工程和部件更换。

　　所以，FPGA现已应用于汽车电子中，范畴从设计验证到制造和服务。随着汽车内的空间日益宝贵，可编程逻辑能在小型单芯片方案上集成许多不同功能的特性也显得极具吸引。

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