FPGA开发流程总结 - 哔哩哔哩

很多时候，人们对于FPGA开发者的印象就是写代码和调试硬件，但其实FPGA工程师有很大一部分时间都在读文档和写文档中度过，客户的需求文档要读，FPGA的器件说明文档要读，参考设计要读，IP核文档要读……

在这里对FPGA的开发流程做一下总结，供FPGA初学者参考。

一、分析需求，制定方案

一些行为都是有目的性的，FPGA开发的目的就是为了满足客户或者领导们提出的“需求”。

就比如一个客户提出mipi一进两出需求，也就是一路mipi输入，两路mipi输出一样的数据。那么FPGA工程师首先就要弄明白mipi是什么，他可以去网上搜，也可以去问更加专业的人，而不是着手就开始写代码，因为他无从下手。

即便工程师明白mipi是用来传输视频的一种协议，并且知道市面上有FPGA现成的方案（例如lattice的Crosslink），但是他也要弄明白这个方案mipi每个lane的带宽满不满足客户的这个需求，有没有可能有更好的方案。

总而言之，个人觉得需求的提出以及方案的确立，是工程师开发中最重要的一环。

二、FPGA器件选型

方案确定之后，就要考虑选型了，这个一个比较复杂的环节，要求工程师对FPGA器件必须非常熟悉。不同的应用场景对选型的侧重点也各有不同，例如消费类产品希望芯片的价格尽量低、封装尽量小、功耗尽量低，而工业类产品一般希望芯片的封装不是BGA的，服务器行业希望芯片的可靠性高。

总结一下，FPGA器件选型一般考虑以下几点：

（1·）芯片的逻辑资源。

一般逻辑资源越多，芯片越贵，所以尽量选择合适大小的芯片。

（2）用户可用IO数量。

同样，IO管脚数量越多，芯片价格也越贵，所以尽量选择合适管脚数量的芯片。

（3）芯片封装。

BGA封装器件一般会比TQFP封装器件的焊接费用要贵，如果pin脚间距在0.5mm以下的话，真实电路板布线还会比较麻烦，所以要根据实际需求取舍。

（4）功耗、价格

功耗这一块，一般便携式设备比较注重。价格这一块，消费类产品比较看重。

三、画原理图与管脚功耗评估

FPGA的整个开发过程，一般需要几个工程师共同完成，FPGA硬件的开发工作一般由硬件工程师来完成，代码工作以及管脚和功耗评估一般由FPGA逻辑工程师来完成。

关于画FPGA原理图，以lattice FPGA为例，一般硬件工程师都会参考相关开发板的原理图，这个原理图可以在lattice官网下载到，如果找不到的话可以问问lattice相关代理商。

原理图画完之后，再对照Hardware Checklist文档检查一下，一般问题就不会很大。（关于引脚分配等资料，在lattice官网也是可以下载到的）

硬件工程师在分配FPGA引脚的可以，虽然可以参考官网下载的pinout信息，但是还是建议FPGA逻辑工程师可以用Diamond开发软件运行一下，看看管脚分配的对不对。

以lattice Crosslink芯片为例，很多时候用户分配好pin脚之后，在lattice Diamond软件上就跑不通，这跟Crosslink芯片内部结构有关系，所以建议硬件工程师分配好管脚之后，能够让逻辑工程师在软件上运行验证一下，然后再画PCB。

关于功耗评估，工程师可以根据实际情况，看需不需要做。一般FPGA开发软件都会提供相关评估方法的。

四、Verilog代码书写与仿真

Verilog代码的书写一般都是FPGA逻辑工程师的工作，少量的代码一般一个逻辑工程师就可以搞定，但是如果代码量太大的话，需要一个高级点的工程师将需求模块化，分给不同的逻辑工程师完成书写。

有些公司甚至要求工程师在写代码之前，将代码的设计思想整理成详细的visio框图，然后大家一个开会讨论这个设计思想是否合理。例如，跨时钟域进行数据交换的时候，大家都会建议你用两个buffer（RAM或fifo）进行乒乓操作。

当然，对于lattice FPGA这种小容量FPGA来说，只要工程师有一定的设计经验，就可以随时进行Verilog代码设计。

Verilog代码书写完毕之后，我们一般都会希望工程师能够进行仿真。仿真的意义在于它能够最大限度的减少Verilog代码的逻辑错误，同时这段时间也是电路板投板的一个时间段，这块做好的话，可以为后面硬件调试节省很多时间。

五、上板调试

FPGA调试阶段，一般是FPGA逻辑工程师和硬件工程师的配合的过程。

（1）拿到板子后，硬件工程师要首先检查板子电源供电。

之所以把这个放在第一条，是因为我不止一次的遇到过，因为电源供电电压不准确，导致FPGA通讯不正常，结果浪费很多时间才定位到这个问题。

（2）下载FPGA程序，查看FPGA是否工作。

怎么说呢，很多情况下第一次总不会成功，要么是硬件电路板某个跟下载有关的FPGA引脚没有拉高，要么是下载线有问题，要么是电路板某个电阻或电容的问题，好好检查一下，一定是硬件连接的问题。

（3）使用JTAG进行在线Debug。

我从未遇到过程序一下载进去，FPGA就能正常工作的情况，所以我们就必须分析错误产生的原因。FPGA硬件调试最重要的一环就是在线Debug（也可以说是在线逻辑分析仪，例如lattice reveal insert工具），它可以直接观测FPGA内部逻辑或引脚的时序逻辑，对我们分析错误有很大帮助。

六、对FPGA程序进行整理备份

作为一个FPGA工程师，我希望大家养成一个程序备份注释的习惯。很多时候，FPGA产品量产之后都会发现一些bug之类的问题，到时候就需要我们工程师重新翻看以前调试好的老程序。如果没有一个很好的备份记录，那将是一个痛苦的过程，你不得不凭借记忆翻找代码，倘若搞混了代码，你还要费时间重新调试程序。如果代码丢了找不到的话，那将是一个悲剧。