今兒的話題，就聊聊初入門者如何正確的挑選第一塊FPGA開發(fā)板...

FPGA現(xiàn)今在硬件領(lǐng)域開始火熱起來，F(xiàn)PGA云服務(wù)器、機(jī)器視覺、人工智能、大數(shù)據(jù)定向加速分析，F(xiàn)PGA自身的低功耗、可重新配置的硬件優(yōu)勢(shì)被發(fā)揮了出來，擺脫了以往在通信、醫(yī)療、軍工等領(lǐng)域的單一性應(yīng)用。這么熱門的一款硬件，很多了解到行業(yè)信息的同學(xué)自然不會(huì)放過這樣一個(gè)機(jī)會(huì)，肯定是想要學(xué)習(xí)一下FPGA。但是FPGA開發(fā)板的種類有很多，各個(gè)廠商的芯片也不盡相同，如何選擇一款合適的FPGA，是每一個(gè)剛剛接觸FPGA的同學(xué)最為頭疼的問題。

其實(shí)對(duì)于任何一種器件的選擇，無外乎三個(gè)方面：廠商、性能、價(jià)格。下面我們來分別說說這三個(gè)方面。

FPGA廠商

FPGA廠商其實(shí)是可以用手指頭數(shù)過來的。真的嗎？讓我們來清點(diǎn)一下：Xilinx（美國(guó)）、Altera（已被Intel收購(gòu)，美國(guó)）、Actel（已被Microsemi并購(gòu)，美國(guó)）、Lattice（美國(guó)）、Atmel（已被Microchip并購(gòu)，美國(guó)）。

國(guó)內(nèi)的FPGA廠商起步是非常晚的，像紫光國(guó)芯、京微雅格等等，不是很出名，實(shí)際能夠使用到的情況也非常少，所以不詳細(xì)說明了。重點(diǎn)還是介紹一下前四個(gè)。

全球第一大FPGA廠商，也是FPGA的開創(chuàng)者，第一塊FPGA器件Xilinx XC2064 FPGA就是Xilinx設(shè)計(jì)出來的

(spectrum.ieee.org/tech-history/silicon-revolution/chip-hall-of-fame-xilinx-xc2064-fpga)，

所以這么多年Xilinx一直是FPGA的龍頭老大也就不奇怪了。很多FPGA核心技術(shù)都是Xilinx研制出來的，廣泛用于各行各業(yè)，提供從高端到低成本全系列解決方案。

雖然是全球第三大FPGA廠商，但是體量和份額遠(yuǎn)不及前面兩家。主要提供一些低容量FPGA應(yīng)用，例如電源管理，邏輯互聯(lián)，簡(jiǎn)單邏輯實(shí)現(xiàn)等，在一些移動(dòng)終端（手機(jī)）中也有應(yīng)用，多數(shù)為小尺寸和低成本解決方案。

啰嗦這么多，其實(shí)能買到也就是Xilinx和Altera的開發(fā)板。Lattice有但是不多，Actel基本就沒見過了。那是選擇Xilinx還是Altera呢？從客觀角度講，Xilinx和Altera的產(chǎn)品線是相互對(duì)標(biāo)的。無論是純的FPGA還是與處理器集成在一起的SoC，兩家都是有交集的。在中國(guó)，早些年Altera的使用還是比較普遍的，例如大疆公司的無人機(jī)，早期多數(shù)使用Altera，直至最新的Inspire 2才采用Xilinx的FPGA芯片。現(xiàn)在Intel收購(gòu)Altera之后，Altera在個(gè)人開發(fā)者方面做的不是很積極，在大學(xué)生培訓(xùn)和指導(dǎo)上不多，Xilinx則連同其大學(xué)計(jì)劃合作伙伴Digilent在大學(xué)內(nèi)開始發(fā)力和普及。Xilinx最近主要聚焦的是FPGA的普及，降低FPGA的開發(fā)、使用門檻，相對(duì)而言更為親民。所以從這個(gè)趨勢(shì)看，Xilinx在未來的3~5年內(nèi)是熱門選擇。Intel的發(fā)力點(diǎn)主要是服務(wù)器加速應(yīng)用方面，像Intel Xeon E5 v4中首次將x86和FPGA、DSP等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整合，對(duì)大數(shù)據(jù)、關(guān)鍵服務(wù)器節(jié)點(diǎn)加速效果是十分顯著的，所以在FPGA大數(shù)據(jù)處理加速、服務(wù)器節(jié)點(diǎn)優(yōu)化上，可能Intel會(huì)更勝一籌。所以說，廠家選擇上，根據(jù)自己的發(fā)展需求學(xué)習(xí)更理想。當(dāng)然如果有條件，兩家都接觸一下最好。

FPGA性能

FPGA性能的衡量其實(shí)比較困難，衡量參數(shù)確實(shí)有很多，像芯片內(nèi)邏輯單元數(shù)（Logic Elements或者Logic Cells），芯片內(nèi)內(nèi)存大小，DSP數(shù)量，特定高速收發(fā)器的數(shù)量，器件速度等級(jí)等等。對(duì)于SoC，則不單單需要衡量FPGA的特性，還需要考慮處理器的相關(guān)特性。真的就是特定領(lǐng)域有特定領(lǐng)域的芯片范圍，具體真的就是得詳細(xì)看參數(shù)手冊(cè)來確定了。對(duì)于大學(xué)生自己做一些基于FPGA的小型項(xiàng)目，Xilinx的Spartan/Artix系列和Intel的MAX 10/Cyclone系列最為常見，如果學(xué)校有重大科研項(xiàng)目使用FPGA的時(shí)候，才會(huì)接觸到更高端的產(chǎn)品。

FPGA價(jià)格

FPGA的價(jià)格是和芯片的集成度成正相關(guān)的，學(xué)生個(gè)人使用到的都是低密度，成本極度優(yōu)化的產(chǎn)品。普遍的FPGA開發(fā)板價(jià)格在1000元左右，這個(gè)也就是一般開發(fā)者能夠承受的價(jià)格了。但是FPGA整體價(jià)格偏高是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)（即便如此，還是得記住，大學(xué)階段3000元以上的開發(fā)板都是耍流氓）。不像x86通用處理器領(lǐng)域有AMD來攪局，F(xiàn)PGA兩家獨(dú)大的局面是一直存在的。因此，真心想學(xué)習(xí)FPGA的話，還是需要下血本的。

所以，正常情況下，能夠通過學(xué)校的平臺(tái)接觸FPGA是最為理想的。各個(gè)學(xué)校一般都會(huì)有與廠商合作的實(shí)驗(yàn)室，這便是一個(gè)很好的嘗試機(jī)會(huì)，不用自己掏腰包，給自己添加不必要的負(fù)擔(dān)。當(dāng)然，對(duì)于土豪們的建議，還是自己擁有一塊開發(fā)板是最好的。現(xiàn)有的FPGA板材設(shè)計(jì)廠商很多，國(guó)際上比較認(rèn)可的像Digilent、友晶等等。選購(gòu)開發(fā)板時(shí)，建議是選擇此類高知名度廠商的開發(fā)板，主要是產(chǎn)品的用料講究，性能有較好的保障，同時(shí)會(huì)提供豐富的入門學(xué)習(xí)資料。既可以學(xué)習(xí)，又可以做項(xiàng)目中實(shí)際應(yīng)用。

FPGA如何正確挑選

在學(xué)習(xí)FPGA前期，個(gè)人覺得可以不必著急選購(gòu)具體某一款FPGA開發(fā)板，因?yàn)槟玫叫掳蹇ǖ男迈r感有可能讓你迷失學(xué)習(xí)方向。可以先學(xué)習(xí)Verilog HDL、VHDL或者SystemVerilog開發(fā)語(yǔ)言的語(yǔ)法，并通過Xilinx或者Altera(Intel)的集成開發(fā)工具進(jìn)行語(yǔ)法學(xué)習(xí)與驗(yàn)證。同時(shí)掌握必要的仿真驗(yàn)證方法，為后期開發(fā)打下牢靠基礎(chǔ)。在掌握一定語(yǔ)言基礎(chǔ)后，開發(fā)板將成為學(xué)習(xí)FPGA過程中必不可少的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。因?yàn)槿魏握Z(yǔ)法邏輯最終都需要通過實(shí)物來展現(xiàn)。沒有開發(fā)板就無法進(jìn)行板級(jí)驗(yàn)證，就無法真正驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，同時(shí)在學(xué)習(xí)進(jìn)階階段，對(duì)時(shí)序的驗(yàn)證也需要在開發(fā)板上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。此外，結(jié)合開發(fā)板進(jìn)行FPGA學(xué)習(xí)，有助于對(duì)硬件結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)與開發(fā)。

相對(duì)其它開發(fā)板（51、DSP、ARM開發(fā)板）而言，F(xiàn)PGA開發(fā)板的確挺貴的。但是為了掌握一門技術(shù)，個(gè)人是推薦買一塊入門板，這樣你學(xué)起來會(huì)更快一些。有條件，建議買官方或者其代理商出品的開發(fā)板，官方資料齊全，可以少走彎路。如果選擇某寶上的低價(jià)FPGA開發(fā)板或不知名的山寨板子，往往需要對(duì)開發(fā)板硬件設(shè)計(jì)有更深的了解，不然很容易吃藥。

從工程應(yīng)用角度看，目前Xilinx在工業(yè)應(yīng)用方面略顯優(yōu)勢(shì)。建議大家從工程項(xiàng)目中選擇合適的器件和開發(fā)板。在選擇開發(fā)板時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

1. 選擇最新集成開發(fā)環(huán)境支持的芯片（Quartus 16或者Vivado 2016.04）因此可選擇Xilinx 7系列及以后的FPGA芯片或者Altera Stratix4、Cyclone 5、Arria 5及以后的芯片。

2. 選擇資源規(guī)模稍大些的芯片，邏輯單元規(guī)模至少達(dá)到50k以上（Xilinx芯片標(biāo)注的資源*4后，方可與Altera芯片對(duì)比）

3. 板載資源豐富或者擴(kuò)展接口較多的開發(fā)板。對(duì)于沒有項(xiàng)目的初學(xué)者，開發(fā)板上的資源更適合你熟悉硬件，學(xué)習(xí)FPGA；而面向項(xiàng)目時(shí)，建議選擇擴(kuò)展接口豐富的開發(fā)板。

4. 價(jià)格固然要考慮，但不要一味貪圖便宜，還要綜合考慮產(chǎn)品的品質(zhì)、性能、學(xué)習(xí)資源豐富程度。這點(diǎn)上，目前Digilent官網(wǎng)有學(xué)生優(yōu)惠價(jià)，大大提升了開發(fā)板的性價(jià)比。

由于本人接觸Xilinx開發(fā)板較多，因此推薦幾款FPGA開發(fā)板。除了官方資料齊全、且可靠性高之外，Xilinx開發(fā)板有一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)是芯片自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），方便設(shè)計(jì)信號(hào)處理。

01

推薦一：Basys 3

是Xilinx 7系列芯片最早推出口袋式開發(fā)板，資源大小合適，性價(jià)比也較高的一款開發(fā)板。適合高校師生，尤其是正在學(xué)習(xí)數(shù)字電路課程的同學(xué)。外設(shè)和擴(kuò)展接口資源豐富，方便學(xué)習(xí)基礎(chǔ)外設(shè)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)還可以擴(kuò)展其他模塊功能。既能學(xué)到Xilinx最新的FPGA架構(gòu)，又能掌握Xilinx集成開發(fā)工具。

02

推薦二：Zybo

性價(jià)比最高的Zynq7000開發(fā)板，適合嵌入式軟硬結(jié)合的同學(xué)，需要有一定的嵌入式基礎(chǔ)和FPGA開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，建議在熟悉掌握FPGA后，先從裸機(jī)運(yùn)行開始，再到嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)。Zynq-7000系列芯片是FPGA與雙核Cortex-A9的異構(gòu)，最適合學(xué)習(xí)FPGA硬件加速。另外，近期Zybo出了全新升級(jí)款Zybo-Z7，性能大幅提升的同時(shí)，并附贈(zèng)Xilinx SDSoC券，這個(gè)確實(shí)有點(diǎn)厲害了。

03

推薦三：Arty系列

專門為極客打造的FPGA開發(fā)板，適合輕量級(jí)嵌入式工程應(yīng)用。同時(shí)還配有Arduino Shield接口，便于擴(kuò)展Arduino外設(shè)模塊。

寫在最后：

學(xué)習(xí)FPGA，相對(duì)入門門檻要高不少，但就業(yè)前景也是好太多。前路慢慢，學(xué)海無涯。洋洋灑灑寫了這么多，希望能給到初學(xué)FPGA的你帶來幫助。