1、 引 言
现场可编程门阵列FPGA有集成度高、体积小、灵敏可重装备、试验危险小等长处，在杂乱数字体系中得到了越来越广泛的运用。
跟着FPGA技能的老练和不断飞速开展，数字电路的规划只需一片FPGA器材、一些存储设备和一些电气接口匹配电路的解决计划已成为干流挑选计划。依据多年的运用经历，相关数字体系中，FPGA器材的选型十分重要，不合理的选型会导致一系列的后续规划问题，有时乃至会使规划失利;合理的选型不但能够防止规划问题，并且能够进步体系的性价比，延伸产品的生命周期，取得料想不到的经济效果。
通过深化研究，总结了以下选型问题：器材的供货渠道和开发工具的支撑;器材的硬件资源;器材的电气接口规范;器材的速度等级;器材的温度等级;器材的封装;器材的价格。
2、 FPGA器材选型应该考虑的问题
2.1 器材的供货渠道和开发工具的支撑
现在，首要的FPGA供货商有Xllinx公司、Altera公司、Lattic公司和Actel公司，其间Xllinx公司和Altera公司的规划最大，能供给器材的品种十分丰富[2，3]。FPGA的开展速度十分快，许多类型的FPGA器材已不是干流产品，为了进步产品的生命周期，最好在货源比较足的干流器材中选型。现在，Altera公司的干流器材有CycloneⅡ，CycloneⅢ，StaTIxⅡ，StaTIxⅡGX，StaTIxⅢ和StaTIxⅢGX等系列，其间CycloneⅡ和CycloneⅢ系列首要运用于逻辑规划和简略的数字信号处理，StatixⅡ和StatixⅢ系列首要运用于高速杂乱数字信号处理和高速逻辑规划，StatixⅡGX和StatixⅢGX系列首要运用于通讯范畴;Xllinx公司的干流器材有Spartan-3E，Spartan-3A，Virtex-4LX，Virtex-4 SX，Virtex-4 FX，Virtex-5 LX，Virtex-5SX和Virtex-5 FX等系列，其间Spartan-3E和Spartan-3A系列首要运用于逻辑规划和简略数字信号处理，Vir-tex-4 LX和Virtex-5 LX系列首要运用于高速逻辑规划，Virtex-4 SX和Virtex-5 SX系列首要运用于高速杂乱数字信号处理，Virtex-4 FX和Virtex-5 FX系列首要运用于嵌入式体系。
两家公司都供给了优异的开发工具。Xllinx公司有集成开发环境ISE，Altera公司有集成开发环境QuartusⅡ，两个集成开发环境支撑本公司一切器材的规划和开发。该集成开发环境不只功能强大、界面友爱，并且有许多第三方合作伙伴供给相应的技能支撑，能使器材取得更高的功能。因而，假如没有特别运用要求，主张最好在这两家公司进行器材选型。
2.2器材的硬件资源
硬件资源是器材选型的重要规范。硬件资源包含逻辑资源、I/O资源、布线资源、DSP资源、存储器资源、锁相环资源、串行收发器资源和硬核微处理器资源等。
逻辑资源和I/O资源的需求是每位规划人员最关怀的问题，一般都会考虑到，但是，过度耗费I/O资源和布线资源或许发生的问题却很简单被忽视。干流FPGA器材中，逻辑资源都比较丰富，一般能够满意运用需求。但是，在比较杂乱的数字体系中，过度I/O资源的耗费或许会导致2个问题[2，3]：FPGA负荷过重，器材发热严峻，严峻影响器材的速度功能、作业安稳性和寿数，规划中要考虑器材的散热问题;部散布线资源缺乏，电路的运转速度显着下降，有时乃至使规划不能适配器件，规划失利。依据自己的运用经历：
(1)在做杂乱数字信号处理时，位数比较高的乘法器和除法器对大局布线资源的耗费量比较大;
(2)在做逻辑设计时，双向I/O口对部散布线资源的耗费量比较大;
(3)在运用存储器资源规划滤波器的运用场合，部散布线资源的耗费量比较大;
(4)在电气接口规范比较多，而逻辑比较杂乱的运用场合，部散布线资源的耗费量比较大。据Altera公司引荐，规划中最好能预留30%以上的逻辑资源、20%以上的I/O资源和30%以上的布线资源。并且，从两家公司器材的结构看，Xllinx公司器材的可编程逻辑块相对于Al-tera公司要杂乱一些，运用起来要灵敏一些。在一些杂乱的、操控信号比较多的规划中，合适选用Xllinx公司的产品。不过Xllinx公司器材布线资源是分段的，器材延时的可猜测性要差一些。在这些运用场合，最好首要做规划仿真，对规划?肖耗的布线资源，尤其是很简单被忽视的部散布线资源，要有一个比较充沛的了解，然后在考虑器材选型，是比较抱负的。
在做乘法运算比较多并且对速度功能要求比较高的运用场合，最好能选用带DSP资源比较多的器材，例如，Altera公司的StatixⅡ和StatixⅢ系列，Xllinx公司的Virtex-4 SX和Virtex-5 SX系列等。
器材中的存储器资源首要有2种用处：作高功能滤波器;完成小容量高速数据缓存。这是一种比较名贵的硬件资源，一般器材中的存储器资源都不太多，存储器资源较多的器材逻辑容量也十分大，用得也比较少，供货渠道也不多，器材价格也十分高。因而，在器材选型时，最好不要片面追求规划的集成度而选用这种器材，能够考虑选用低端器材+外扩存储器的规划计划。
现在，干流FPGA中都集成了锁相环，运用锁相环对时钟进行相位确定，能够使电路取得更安稳的功能。Xllinx公司供给的是数字锁相环，其长处是能取得更准确的相位操控，其缺陷是下限作业频率较高，一般在24 MHz以上;Altera公司供给的是模仿锁相环，其长处是下限作业频率较低，一般在16 MHz以上，其干流器材StatixⅡ和StatixⅢ系列中的增强型锁相环作业频率只要求在4 MHz以上，其缺陷是对时钟相位的操控精度相对较差。
在通讯范畴里，用光纤传输高速数据是一个比较常用的解决计划。A1tera公司的StatixⅡGX和StatixⅢGX系列，Xllinx公司的Virtex-4 FX和Virtex-5 FX系列都集成了高速串行收发器，这种器材价格一般都比较高。现在，National和Maxim等公司供给的高功能专用串行收发芯片价格都不高，因而，假如仅仅进行光纤数据传输没计，大可不必选用这种器材;假如是光纤数据传输+逻辑或算法比较杂乱的运用场合，最好是将两种计划进行比较，然后考虑是否选用该器材。
运用集成硬核微处理器的FPGA器材进行嵌入式开发，代表嵌入式运用的一个方向。Altera公司供给集成ARM的APEX系列器材，Xllinx公司供给集成Power-Pc的Virtex-4 FX和virtex-5 FX系列器材。跟着器材价格不断下降，在许多运用场合，在不添加本钱的状况下，选用该器材和传统FPGA+MCU的运用计划比较，能大幅度进步体系功能和下降硬件规划杂乱程度。此刻，选用该器材是比较抱负的。
2.3 电气接口规范
现在，数字电路的电气接口规范十分多。在杂乱数字体系中，常常会呈现多种电气接口规范。现在，干流FP-GA器材支撑的电气接口规范有：1.5 V，1.5-V 等，能够满意绝大部分运用规划需求。
但是，FPGA器材的每一个I/O并不支撑一切的电气接口规范，以Altera公司的FPGA为例，只要部分1/O支撑SSTL-2 ClassⅡ电气接口规范，在对DDR进行规划时，会导致PCB布线适当杂乱，器材的I/O管脚运用率适当低。而Xllinx公司的FPGA简直一切的管脚都支撑SSTL-2 ClassⅡ电气接口规范，此刻选用Xllinx公司的FPGA是比较抱负的。
2.4 器材的速度等级
关于器材速度等级的选型，一个根本的准则是：在满意运用需求的状况下，尽量选用速度等级低的器材。该选型准则有如下优点：
(1)因为传输线效应，速度等级高的器材更简单发生信号反射，规划要在信号的完整性上花更多的精力; (2)速度等级高的器材一般用得比较少，价格常常是成倍添加，并且高速器材的供货渠道一般比较少，器材的订购周期一般都比较长，常常会延误产品的研制周期，下降产品的上市率。
2.5 器材的温度等级
某些运用场合，对器材的环境温度适应能力提出了很高的要求，此刻，就应该在有工业级乃至是军等第或宇航级的器材中进行选型。据调研，Altera公司每种类型的FPGA都有工业级产品;Xllinx公司每种类型的FPGA都有工业级产品，部分类型的FPGA供给军等第和宇航级产品。假如规划首要面向军用或航天运用，最好选用Actel公司的器材，该公司的器材首要面向这些用户。
2.6 器材的封装
现在，干流器材的封装方式有：QFP，BGA和FB-GA，BGA和FBGA封装器材的管脚密度十分高，规划中有必要运用多层板，PCB布线适当杂乱，规划本钱比较高，器材焊接本钱比较高，因而，规划中能不必尽量不必。不过，在密度十分高，集成度十分高和对PCB板体积要求比较高的运用场合，尽量选用BGA和FBGA封装器材。还有一种状况，在电路速度十分高的运用场合，最好选用BGA和FBGA封装器材，这2种封装器材因为器材管脚引线电感和散布电容比较小，有利于高速电路的规划。
2.7 器材的价格
器材集成度不断进步，功能不断上升，而价位不断下降是FPGA器材开展的遍及趋势，因而，在不断推出的新式器材中选型是一个根本规律。以Xllinx公司刚推出的Virtex-5为例，功能比Virtex-4进步30%，而相对价位却下降35%。
3 、结 语
文中不只结合部分运用实例对FPGA器材的选型进行了深化的总结，并且供给了很多的最新器材信息。这些内容对从事FPGA运用规划的人员有很大的参考价值。
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