了解这些fpga开发板的参数与性能有助于开发设计

无论是以数字电路逻辑，计算机组成原理/体系结构为代表的课程教学；亦或是各类大学生电子设计与双创竞赛的参与；还是当今 AI 时代产业巨大的产业应用需求，FPGA已成为时下EECS圈内公认的必get√傍身技能。

今儿的话题，就聊聊初入门者如何正确的挑选第一块FPGA开发板...

FPGA现今在硬件领域开始火热起来，FPGA云服务器、机器视觉、人工智能、大数据定向加速分析，FPGA自身的低功耗、可重新配置的硬件优势被发挥了出来，摆脱了以往在通信、医疗、军工等领域的单一性应用。这么热门的一款硬件，很多了解到行业信息的同学自然不会放过这样一个机会，肯定是想要学习一下FPGA。但是FPGA开发板的种类有很多，各个厂商的芯片也不尽相同，如何选择一款合适的FPGA，是每一个刚刚接触FPGA的同学最为头疼的问题。

其实对于任何一种器件的选择，无外乎三个方面：厂商、性能、价格。下面我们来分别说说这三个方面。

FPGA厂商

FPGA厂商其实是可以用手指头数过来的。真的吗？让我们来清点一下：Xilinx（美国）、Altera（已被Intel收购，美国）、Actel（已被Microsemi并购，美国）、Lattice（美国）、Atmel（已被Microchip并购，美国）。

国内的FPGA厂商起步是非常晚的，像紫光国芯、京微雅格等等，不是很出名，实际能够使用到的情况也非常少，所以不详细说明了。重点还是介绍一下前四个。

全球第一大FPGA厂商，也是FPGA的开创者，第一块FPGA器件Xilinx XC2064 FPGA就是Xilinx设计出来的

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

所以这么多年Xilinx一直是FPGA的龙头老大也就不奇怪了。很多FPGA核心技术都是Xilinx研制出来的，广泛用于各行各业，提供从高端到低成本全系列解决方案。

Altera请原谅我不愿意称之为Intel，不是很习惯这样的收购。全球第二大FPGA厂商，是CPLD时代成功者，唯一能和Xilinx公司抗衡的FPGA厂商，2015年底被Intel收购，并首次应用在Intel的Xeon E5 v4处理器中，用于写x86为核心的异构运算中。Altera的核心优势是其集成密度，尤其是Intel收购之后，制程工艺有了大幅度提高，同样提供从高端到低成本全系列解决方案。

Lattice

虽然是全球第三大FPGA厂商，但是体量和份额远不及前面两家。主要提供一些低容量FPGA应用，例如电源管理，逻辑互联，简单逻辑实现等，在一些移动终端（手机）中也有应用，多数为小尺寸和低成本解决方案。

Actel是原美国军方专用的FPGA芯片厂商，后转为民用，市场上较为罕见，其FPGA器件最大特点是实现了非易失性记录逻辑单元的特性，相比于SRAM配置FPGA的器件，这种基于Flash配置FPGA的设计为那些需要高速启动响应的应用场景提供巨大便利，比如收费站的ETC系统，其安全和加密性能也较高。已被Microsemi收购。

啰嗦这么多，其实能买到也就是Xilinx和Altera的开发板。Lattice有但是不多，Actel基本就没见过了。那是选择Xilinx还是Altera呢？从客观角度讲，Xilinx和Altera的产品线是相互对标的。无论是纯的FPGA还是与处理器集成在一起的SoC，两家都是有交集的。在中国，早些年Altera的使用还是比较普遍的，例如大疆公司的无人机，早期多数使用Altera，直至最新的Inspire 2才采用Xilinx的FPGA芯片。现在Intel收购Altera之后，Altera在个人开发者方面做的不是很积极，在大学生培训和指导上不多，Xilinx则连同其大学计划合作伙伴Digilent在大学内开始发力和普及。Xilinx最近主要聚焦的是FPGA的普及，降低FPGA的开发、使用门槛，相对而言更为亲民。所以从这个趋势看，Xilinx在未来的3~5年内是热门选择。Intel的发力点主要是服务器加速应用方面，像Intel Xeon E5 v4中首次将x86和FPGA、DSP等结构进行了整合，对大数据、关键服务器节点加速效果是十分显著的，所以在FPGA大数据处理加速、服务器节点优化上，可能Intel会更胜一筹。所以说，厂家选择上，根据自己的发展需求学习更理想。当然如果有条件，两家都接触一下最好。

FPGA性能

FPGA性能的衡量其实比较困难，衡量参数确实有很多，像芯片内逻辑单元数（Logic Elements或者Logic Cells），芯片内内存大小，DSP数量，特定高速收发器的数量，器件速度等级等等。对于SoC，则不单单需要衡量FPGA的特性，还需要考虑处理器的相关特性。真的就是特定领域有特定领域的芯片范围，具体真的就是得详细看参数手册来确定了。对于大学生自己做一些基于FPGA的小型项目，Xilinx的Spartan/Artix系列和Intel的MAX 10/Cyclone系列最为常见，如果学校有重大科研项目使用FPGA的时候，才会接触到更高端的产品。

FPGA价格

FPGA的价格是和芯片的集成度成正相关的，学生个人使用到的都是低密度，成本极度优化的产品。普遍的FPGA开发板价格在1000元左右，这个也就是一般开发者能够承受的价格了。但是FPGA整体价格偏高是一个不争的事实（即便如此，还是得记住，大学阶段3000元以上的开发板都是耍流氓）。不像x86通用处理器领域有AMD来搅局，FPGA两家独大的局面是一直存在的。因此，真心想学习FPGA的话，还是需要下血本的。

所以，正常情况下，能够通过学校的平台接触FPGA是最为理想的。各个学校一般都会有与厂商合作的实验室，这便是一个很好的尝试机会，不用自己掏腰包，给自己添加不必要的负担。当然，对于土豪们的建议，还是自己拥有一块开发板是最好的。现有的FPGA板材设计厂商很多，国际上比较认可的像Digilent、友晶等等。选购开发板时，建议是选择此类高知名度厂商的开发板，主要是产品的用料讲究，性能有较好的保障，同时会提供丰富的入门学习资料。既可以学习，又可以做项目中实际应用。

FPGA如何正确挑选

在学习FPGA前期，个人觉得可以不必着急选购具体某一款FPGA开发板，因为拿到新板卡的新鲜感有可能让你迷失学习方向。可以先学习Verilog HDL、VHDL或者SystemVerilog开发语言的语法，并通过Xilinx或者Altera(Intel)的集成开发工具进行语法学习与验证。同时掌握必要的仿真验证方法，为后期开发打下牢靠基础。在掌握一定语言基础后，开发板将成为学习FPGA过程中必不可少的实验环境。因为任何语法逻辑最终都需要通过实物来展现。没有开发板就无法进行板级验证，就无法真正验证设计的正确性，同时在学习进阶阶段，对时序的验证也需要在开发板上进行实验。此外，结合开发板进行FPGA学习，有助于对硬件结构的认识与开发。

相对其它开发板（51、DSP、ARM开发板）而言，FPGA开发板的确挺贵的。但是为了掌握一门技术，个人是推荐买一块入门板，这样你学起来会更快一些。有条件，建议买官方或者其代理商出品的开发板，官方资料齐全，可以少走弯路。如果选择某宝上的低价FPGA开发板或不知名的山寨板子，往往需要对开发板硬件设计有更深的了解，不然很容易吃药。

从工程应用角度看，目前Xilinx在工业应用方面略显优势。建议大家从工程项目中选择合适的器件和开发板。在选择开发板时需要注意以下几点：

1. 选择最新集成开发环境支持的芯片（Quartus 16或者Vivado 2016.04）因此可选择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. 选择资源规模稍大些的芯片，逻辑单元规模至少达到50k以上（Xilinx芯片标注的资源*4后，方可与Altera芯片对比）

3. 板载资源丰富或者扩展接口较多的开发板。对于没有项目的初学者，开发板上的资源更适合你熟悉硬件，学习FPGA；而面向项目时，建议选择扩展接口丰富的开发板。

4. 价格固然要考虑，但不要一味贪图便宜，还要综合考虑产品的品质、性能、学习资源丰富程度。这点上，目前Digilent官网有学生优惠价，大大提升了开发板的性价比。

由于本人接触Xilinx开发板较多，因此推荐几款FPGA开发板。除了官方资料齐全、且可靠性高之外，Xilinx开发板有一个独特的优势是芯片自带模数转换器（ADC），方便设计信号处理。

01

推荐一：Basys 3

是Xilinx 7系列芯片最早推出口袋式开发板，资源大小合适，性价比也较高的一款开发板。适合高校师生，尤其是正在学习数字电路课程的同学。外设和扩展接口资源丰富，方便学习基础外设驱动，同时还可以扩展其他模块功能。既能学到Xilinx最新的FPGA架构，又能掌握Xilinx集成开发工具。

02

推荐二：Zybo

性价比最高的Zynq7000开发板，适合嵌入式软硬结合的同学，需要有一定的嵌入式基础和FPGA开发经验，建议在熟悉掌握FPGA后，先从裸机运行开始，再到嵌入式系统学习。Zynq-7000系列芯片是FPGA与双核Cortex-A9的异构，最适合学习FPGA硬件加速。另外，近期Zybo出了全新升级款Zybo-Z7，性能大幅提升的同时，并附赠Xilinx SDSoC券，这个确实有点厉害了。

03

推荐三：Arty系列

专门为极客打造的FPGA开发板，适合轻量级嵌入式工程应用。同时还配有Arduino Shield接口，便于扩展Arduino外设模块。

写在最后：

学习FPGA，相对入门门槛要高不少，但就业前景也是好太多。前路慢慢，学海无涯。洋洋洒洒写了这么多，希望能给到初学FPGA的你带来帮助。