FPGA芯片选型和命名规则

tick_tock

1. 芯片选型
; H$ p& C" {1 j/ h! N5 R7 _+ A
9 G9 K6 i: G% O: i7 I在采用FPGA电路设计中，首先要进行芯片选型。而芯片选型都是根据你的设计需求来找器件。需求可能涉及以下几个方面：
, O* p" T' x$ e0 F
1. 时钟速度（逻辑时钟、IO时钟等），不同Family能达到的速度不同
) z: r1 k3 I/ F6 K5 C, I- ^) N
4 w* K6 D6 t* W  `8 k( K* @2. 时钟数量，不同Family的时钟资源不同
; U6 K. X9 e9 ^; Y. C+ D, K* O2 K& G
3. IO数目和支持的电平标准

% g+ u2 K4 c0 i8 s4. 板上封装(焊接方式、体积大小）
, f; W. r$ g9 d- T7 ~; Q
: m* x6 p6 k) u, K3 ^. j5. 其他各种硬核功能（PowerPC,MGT,GTP,TEMAC等）
) w, F: I+ |* ~+ H3 |+ `
6. 功耗要求，顺便考虑散热空间

7. 非易失性要求，Spartan 3A系列有内置Flash

8. 产品调试和升级扩容空间，比如调试时用较大的器件，完成后改用同样封装较小规模的器件
1.1 Xilinx芯片
9 ^0 w& Z9 F( g- I7 x7 s
' }/ j6 W  |. w0 S" P3 d* Y
0 s, g4 Q/ w, Z- |7 `2 P
6系列用ISE开发，7系列用vivado。
. \0 ?& V$ ?, T9 i4 P) e2 a
    Spartan-7 的定位为低成本应用，容量中等，性能仅为满足一般的逻辑设计要求。
  y+ F# l4 B4 Z: I4 v% n/ d    Artix-7 和 Kintex-7 均可认为其定位为高性价比：
    Artix-7 系列提供了最高性能功耗比结构、收发器线速、DSP 处理能力以及 AMS 集成；
    Kintex-7 系列最佳成本/性能/功耗平衡，同时提供高 DSP 率、高性价比封装；
    Virtex-7 则定位为高性能应用，容量大，性能定位为能满足各类高端应用。

% O+ j6 q! K2 h5 N' p$ N' u
, @3 J3 m7 |& s7 `, m关于各系列的片上资源，可直接参考各系列的芯片选型手册：

+ s6 V# {: d2 z  nCost-Optimized Portfolio Product Tables and Product Selection Guide
& J. C0 k3 L$ Z- y" y% o
All Programmable 7Series Product Selection Guide

UltraSCALE FPGA Product Tables and Product Selection Guide
2 L/ {/ U1 A4 E) L1 B1.2 Altera芯片
, [# `' J  v0 c( g1 ~9 I( z8 f; a
) A: [, Y( q% U: P. w- JAltera 的主流FPGA分为两大类，一种侧重低成本应用，容量中等，性能可以满足一般的逻辑设计要求，如Cyclone，CycloneII；还有一种侧重于高性能应用，容量大，性能能满足各类高端应用，如Startix，StratixII等，用户可以根据自己实际应用要求进行选择。在性能可以满足的情况下，优先选择低成本器件
2. 芯片命名规则
7 ^/ }# q; f1 t1 [- \2.1 Altera命名规则

1 L0 a8 w2 n. v$ u& M; P, ^4 ~0 J器件系列 + 器件类型（是否含有高速串行收发器） + LE 逻辑单元数量 + 封装类型 + 高速串行收发器的数量（没有则不写） + 引脚数目 + 器件正常使用的温度范围 + 器件的速度等级 + 后缀举例：
; N- s+ n0 j0 v  N; k" d/ M
EP4CE10F17C8N 为例

    EP4C：Altera 器件 Cyclone IV 系列；
    E/GX：E 表示普通逻辑资源丰富的器件，GX 表示带有高速串行收发器的器件；
    10：LE 逻辑单元的数量，单位为 k，10 表示约有 10k 的逻辑单元；
    C：表示高速串行收发器的数量，该芯片没有高速串行收发器所以不写；
5 b1 R% K, j* X- l7 r  J    F：表示 PCB 封装类型，F 是 FBGA 封装，E（EQFP）、Q（PQFP）、U（UBGA）、M（MBGA）；
    17：表示引脚数量，17 代表有 256 个引脚；
    C：工作温度，C 表示可以工作在 0℃到 85℃（民用级），I 表示可以工作在-40℃
' t3 |, X& s7 `  U    到 100℃（工业级），A 表示可以工作在-40℃到 125℃（军用级）；
4 B) n: ~( `1 g0 A- t, [7 p    8：器件的速度等级，6 最大约是 500MHz，7 最大约是 430MHz，8 最大约是400MHz
    N：后缀，N 表示无铅，ES 代表工程样片。

7 p1 y. i2 w9 y5 c5 S/ G2 [​​​​​​​2.2 Xilinx的FPGA命名规则
% i6 s- K8 J2 w. `: x
UG-112：Device Package User Guide
4 _1 i' Q* c( l$ X
  ?1 f9 t! K5 `7 l: oUG-116：Device Reliability Report



+ `; p& r8 I1 G譬如，对于编号为XC4VLX60-1FFG668CS2的FPGA，器件类型是XC4VLX60-10，封装是FFG668CS2。具体而言

( B; l; U: N7 q: |1 b  `    XC4VLX：代表FPGA的家族，这里是VIRTEX 4LX
    60： 代表system gates或logic cells的数目，即60,000
2 y" h$ R4 n) c1 U6 `    -1： 代表速度等级
    FFG： 是封装方式（Pb-free flip-chip BGA）
" M* w# ^- h  o, p7 g    668： 是引脚数目
$ m8 m  l) c. Z8 Q% K    C： 代表的温度等级Temperature grade ，这里是商用(Commercial)
4 |3 x. u6 C( {5 i3 s7 e- s# @    S2： 即step2

     
. s9 z7 ?0 ?" S& G( p4 x- k- l9 d
​​​​​​​2.3 速度等级
% N2 P# K" A! m4 h6 X
: G( Q/ G  ?$ s8 o序号越低，速度等级越高 这是Altera FPGA的排序方法，“序号越高，速度等级也越高”这是Xilinx FPGA的排序方法
. J1 X; K. Q; A
在芯片生产出来之后，实际测试标定出来的；速度快的芯片在总产量中的比率低，价格也就相应地高。

一般来讲，提高一个速度等级将带来 12%到 15%的性能提升，但是器件的成本却增加了 20%大 30%。如果利用设计结构来将性能提升12%到 15%（通过增加额外的流水线），那么就可以降低速度等级，从而节约20%大 30%的成本；
​​​​​​​2.4 温度等级
! `/ X* g3 c/ S+ S, [3 W5 C3 |- o4 s


' O% p& v: K. e( w6 @$ }# Q​​​​​​​3. FPGA IO引脚及命名方式
6 J6 a1 |4 X& w! k) l
参考：FPGA开发者看过来：IO是怎么命名的？上电又有什么规律？__凤凰网

命名方式多样，A13，B14，BANK34，BANK12，MIO0，EMIO···。这是FPGA的特点，FPGA可以兼容多种不同的电压标准，也有丰富的IO。
% z3 c1 J  T9 t$ U: o4 `
* L. P  m  J6 {7 FFPGA的IO物理命名规则，也就是我们做管脚约束时候的命名，芯片通常是长方体或者正方体，所以命名通常采用字母+数字组合的方式。
6 ]8 k- D5 q6 D  b2 }* O+ {+ ~
) t5 p2 Y3 G$ Qxilinx的命名（xilinx的文档是行业标杆，其它FPGA厂家的资料多多少少会参考xilinx）通常xilinx 的功能命名格式为：IO_LXXY#/IO_XX。其中：

    （1） IO代表用户IO；
/ M  E/ \! a: s7 D! j/ n* a    （2） L代表差分，XX代表在当前BANK下的唯一标识号，Y=[P|N]表示LVDS信号的P或者N；
    （3） #表示Bank号。
7 @. G- j$ U! ^' G3 J1 ]" P
例如：IO_L13P_T2_MRCC_12，这是一个用户IO，支持差分信号，是BANK12的第13对差分的P端口，与此同时它也是全局时钟网络输入管脚（MRCC是全局时钟网络）
" H3 G8 d1 _( ~6 {5 p$ `# L* w2 A
除了FPGA的用户IO外，还有很多其他的功能IO，如下载接口，模式选择接口，还有MRCC，最重要的是FPGA的电源引脚。

Zynq有两套独立的供电系统，（PS和PL），因此没有上电时序需求

7 Q& y0 S) ^5 [$ ^9 b5 |6 Q

lili_qq

FPGA芯片选型很严肃，因为你既要考虑到性能还要兼顾到成本，说白了也就是性价比。

VIC56

很考验工程师的知识广度储备了，如果你了解的芯片比较多比较详细，那再好不过了。如果你接触的很少，这个时候就需要你去疯狂阅读了