FPGA简介及初学者如何挑选FPGA开发板

FPGA即现场可编程门阵列，属于可编程逻辑器件的一种。随着工艺的进步和 EDA 设计工具的不断发展，FPGA 的门槛（学习成本和价格成本）也越来越低，目前已经成为实现数字系统的主流平台之一。FPGA 的集成度越来越高，而对应的功耗和成本却在不断降低，使得其被广泛应用到各种领域中去，像是蝴蝶效应那般，更多的应用领域也催生各个 FPGA 厂商对旗下的产品也做越来越细致的划分，对于产品来说，这是件好事，但是对于硬件工程师来说，好处是可以按需选型节约成本，但也意味着器件的选型和资源评估需要更加谨慎。

当工程师要选择 FPGA 开发板的时候，首先要问的是我们能得到什么以及我们准备用它来做什么？对于初学者来说，FPGA还是相当令人生畏的，但是如果有一个好的评估板作为开端，那将能达到事半功倍的效果，或许 FPGA 的入门并不是传说中的那么困难。今天，爱板网将为大家介绍一款通用型的、低成本的 FPGA 开发套件——由 AVNET 推出的 Artix-7 50T FPGA 评估套件。

Artix-7 器件在28nm的工艺上实现了低成本和低功耗，并且经过优化，可以在设计中实现最佳的性能与功耗结合，另外，Artix-7 器件具有非常显著的特点，集成了AMS、收发器等功能，可以广泛的应用在软件定义无线电、机器视觉照相以及低端无线回传的领域。

板卡预览

下面，我们实际来看下Artix-7 50T评估套件。包装盒内部除了评估板外，还配备了一根网线，两根MicroUSB线，或许有人有疑惑，为什么配备两根 MicroUSB 线呢？其实一根是用于串口输出以及供电（如果没有相应的适配器，也可以考虑直接通过电脑端的USB接口供电，大概能提供500mA电流，基本可以满足板卡大部分的应用需求，如果板卡连接器连接太多外设，也可以通过电源插口（J13）外部直流供电。），另一根用于板卡的下载调试，不提供供电功能。

板子为暗红色PCB板，整体不是太大，跟成人巴掌那般大小，做工很扎实。Artix-7 50T FPGA评估套件的手册等资料可以在AVNET官网免费下载，值得一提的是AVNET提供了板卡的全套电路图，对于想了解和着手Artix-7系列FPGA芯片的电路设计是一个非常好的参考。

值得一提的是，Artix-7 50T FPGA评估套件上提供了6个Pmod连接器，每个连接器包括2个电源信号，2个低信号和8个I/O信号。Pmod连接器主要连接一些低速的和引脚不多的外部模块，需要注意PCB板上到Pmod连接器的信号走线并没有考虑阻抗和信号匹配的问题。目前市面存在各种各样的Pmod外围模块，设计者可以根据需要灵活的选用，大大提高了扩展性能。

我们重点来看下板卡上的主FPGA芯片，具体型号为XC7A50T-1FTG256C。

XC7A50T-1FTG256C在Artix-7系列FPGA中属于中间配置的型号，包含了52160个逻辑单元，120个DSP Slice，2700Kb储存器、4个GTP收发器等，详细的配置参数可以参考下表。

接下来，进入正题上电使用

Artix-7 50T FPGA评估套件使用非常简单方便，两根micro-USB线就能搞定一切，一根用于供电，不用额外的稳压电源或者变压器供电，对工程师来说真是个福音；另一根用于下载调试，不需要额外的仿真器，方便工程师开发。

板卡通过MicroUSB接口供电口上电后，可以看到会提示需要安装板载的USB转串口芯片驱动，这款芯片是Silicon Labs的CP210X系列，非常常见，可能很多工程师的电脑上本身就有这个芯片的驱动，再不然，我们也可以在网上找到驱动，安装后可以看到相应的串口，板卡的串口功能是使用板卡内置的演示程序需要用到的。

波特率设置为115200,8bits，no parity，1 stop bit，复位板卡即能看到串口输出。

板卡的内置程序是验证板卡的各个功能的，包括I2C、DDR3、LED、Switch、按键这5个功能，笔者一一试了下，这5个功能的实现是没有任何问题的。

1 I2C Test

2 DDR3 Memory Test

3 LED Test

4 DIP Switch Read Test

5 Push Button Switch Read Test

板卡的内置例程可以帮助用户尽快的熟悉板卡功能，还是非常有意义的。

开发环境

Artix-7 50T FPGA评估套件可以选用Xilinx官方的EDA设计工具Vivado，这个一个非常强大的工具，但是有些遗憾的是，要使用其全部的功能，是需要Lincence的，而且完整的安装包也异常的大，11GB多的容量有些吓人。而目前官方还推出了网页安装包，用这个非常方便，可以最精简的选择你所需要的器件，安装程序的话可以去官网下载。

不过网络不给力的用户不建议用网页安装板，很容易装到一半卡住，可能要从头来过，这点上确实有点得不偿失的感觉，或许直接下载离线的安装包适合你。

对于初次上手VIVADO工具的用户，可能会遇到很多问题，比如软件的配置，基本功能的使用，好在Artix-7 50T FPGA评估套件提供了类似“手把手”的教程指导，用户可以按照步骤一步一步往下走，首先在VIVADO工具中安装Artix-7 50T FPGA评估板的定义文件7A50T_Board_Definition_Files_Vivado（文件在AVNET官网提供），将此文件夹下的内容复制到Vivado软件artix7文件夹目录下。

安装完成后我们就可以用它来生成基于MicroBlaze软核处理器的设计项目了，从VIVADO设计工具新建项目。

在Boards下面我们可以找到Artix-7 50T FPGA评估套件。

按照官网提供的使用指导手册（使用指导）流程做下去，过程很详细，本文就不累述了。

值得注意的一点时，当完成设计，想通过板载的仿真器下载编译完成的文件时，会使用到另一个MicroUSB接口的COM口，与USB转串口的方式不同，需要区别对待，其中COM口驱动的话在安装VIVADO工具时会提示安装。

另外，Artix-7 50T FPGA评估套件还包括其他的相关Demo资源，比如LwIP、Proximity_Sensor等应用，本文由于篇幅限制，板卡的众多功能来不及一一展示，对这方面有兴趣的工程师可以点击“查看原文”查看。

小 结

不得不提，Artix-7 50T FPGA 评估板是一套非常完整的系统开发工具套件，更是一个通用原型设计和测试的好帮手，它将嵌入式处理器系统所需的所有功能和接口都集成到XC7A50T-1FTG256C芯片上，适合那些对 MicroBlaze软处理器或 Artix-7 FPGA感兴趣、对低功耗平台有需求的嵌入式工程师。Artix-7 50T FPGA 评估板无论是从评估工业以太网协议到集成多传感器、或是到运行基于 Linux 的 Web 服务器，都可以帮助工程师验证新的设计理念。