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为工业物联网应用提供300K LE和 SerDes性能的中密度 FPGA

概览

无线工程师经常希望使用无线信号实现从概念到原型。诸如USRP（通用软件无线电外设）设备的软件无线电（SDR）提供了满足该需求的灵活解决方案。由于当今的应用需要更高的带宽和更短的延迟，因此需要在SDR的FPGA上实现更多的信号处理。但编程FPGA的无线工程师经常面临下列挑战：

1、FPGA与输入/输出（如RF信号或主机CPU）之间的接口困难
2、不熟悉用于算法实现的编程样式，及
3、编译时间长

在本系列适用于无线工程师的FPGA原型设计中，了解LabVIEW Communications System Design Suite (LabVIEW Communications)和NI SDR硬件如何帮助您克服关键性挑战，并快速创建无需FPGA知识的实时、无线测试平台。

目录

第1部分. 立即连接FPGA算法至I/O
第2部分. 在不具备HDL专门知识的情况下从概念到FPGA代码
第3部分. 不要让FPGA编译成为瓶颈

第1部分. 立即连接FPGA算法至I/O

什么是FPGA？

一、FPGA原理

FPGA中的基本逻辑单元是CLB模块，一个CLB模块一般包含若干个基本的查找表、寄存器和多路选择器资源，因此FPGA中的逻辑表达式基于LUT的。

FPGA内部的编程信息一般存储在SRAM单元中，因此通常的FPGA都是基于SRAM的，所以掉电后信息会丢失，下次上电需要先配置才能使用。

二、FPGA产品的速度等级

速度等级一般反映一款芯片的性能，速度等级越高，说明芯片内的逻辑延时和布线延时越小，设计的性能要求也越容易达到，随之付出的成本也越大。

对Xilinx FPGA，速度等级一般有“-1”、“-2”、“-3”等，数字越大，速度等级越高，芯片价钱也越贵。

对Intel FPGA，速度等级一般有“-6”、“-7”、“-8”，数字越小表示速度等级越高、价钱越贵。

三、FPGA内部资源

问：本人零基础，想学FPGA，求有经验的人说说，我应该从哪入手，应该看什么教程，应该用什么学习板和开发板，看什么书等，希望有经验的好心人能够给我一些引导。

如果想速成，那就上网看视频吧，这样主要是面对应用的，一个小时内让你的板子运行起来。早期起来的快，活学活用，就是后期没有系统理论支持，会有些吃力，特别是大项目，那完全是个悲剧。国内做的可以的，我知道的就是周立功了，艾米电子也可以吧。这两家都有学习板，不过后者的教程抄袭的前者的。前者功底深厚些，资金不紧张就买前者吧。速成的话，数电书一定一定必备，边看边学比较好。其余的书可以适量买点。
其实只要有兴趣，慢慢学，入门也不难，板子就去网购吧，我去华强北逛了好多次了，都没什么好板子。网购大把的！

总结几点：

1、看代码，建模型

只有在脑海中建立了一个个逻辑模型，理解FPGA内部逻辑结构实现的基础，才能明白为什么写Verilog和写C整体思路是不一样的，才能理解顺序执行语言和并行执行语言的设计方法上的差异。在看到一段简单程序的时候应该想到是什么样的功能电路。

为 FPGA 应用设计优秀电源管理解决方案不是一项简单的任务，相关的技术讨论有很多很多。今天小编要为大家分享的内容『FPGA 的电源管理』主要有两个目的——

☞ 找到正确解决方案并选择最合适的电源管理产品

☞ 如何优化实际解决方案使其用于 FPGA

找到合适的电源解决方案

寻找为 FPGA 供电的最佳解决方案并不简单。许多供应商以适合为 FPGA 供电的名义推销某些产品。为 FPGA 供电的 DC-DC 转换器选择有何特定要求？其实并不多。一般而言，所有电源转换器都可用来为 FPGA 供电。推荐某些产品通常是基于以下事实：许多FPGA应用需要多个电压轨，例如用于 FPGA 内核和 I/O，还可能需要额外的电压轨来用于 DDR 存储器。将多个DC-DC 转换器全部集成到单个稳压器芯片中的 PMIC（电源管理集成电路）常常是首选。

一种为特定 FPGA 寻找优秀供电解决方案的流行方法是使用许多 FPGA 供应商都提供的已有电源管理参考设计。这对于优化设计来说是一个很好的入门方式。但此类设计往往需要修改，因为

● FPGA 系统通常需要额外的电压轨和负载，这些也需要供电；

作者：JPaul Carpenter

本周我想进一步探究可编程逻辑（FPGA）与硬核处理器（HPS）之间互联的结构。我发现了三种主要方式，它们是如何映射并处理通信的，哪些组件需要管控时序并且有访问权限。

AXI Bridge

为了能够实现HPS与FPGA之间的通信接口，衍生出了AXI bridge协议。AXI bridge协议能够处理带宽适应和时钟控制，支持HPS与FPGA之间双向的逻辑和数据交互。

作者：JPaul Carpenter

当我开始这个项目的时候，我已经了解到FPGA的好处在于它可以将多种功能集成到单一的芯片中，并可以通过重配置而修改芯片功能。但是这种灵活性也让我想知道：我应该如何处理FPGA与外部组件的接口以及接口连线等问题呢？由于FPGA的平均设计周期为两到三年，并且考虑到诸如USB 3.0到USB Type-C等通信技术的更新换代，我很难理解FPGA如何才能真正地带来好处。

和处理大多数MCU项目时一样，我打算从示例代码开始，然后通过各种示例搭建自己的项目。但是对于每一个例子，我发现越来越不熟悉，并且结果也越来越混乱。在这里代码被用来定义对象和调用函数，这在MCU里倒是很常见，但是有些定义是在高阶函数里进行的，而其他的则是在另一个地方。像往常一样，这些函数被用来执行一个功能或任务，但有一些函数要依赖于其他函数而另一些函数则是独立的。正如我试图对它们发表评论时所发现的那样，那些没有被直接调用的代码仍然是代码功能的关键。

我很迷糊。

作者：JPaul Carpenter

最近，我在做一个项目，该项目要求我这个MCU迷，转向FPGA开发。在这个系列博客中，我将介绍如何将现有的MCU知识和经验运用到FPGA的开发中。在第一部分中，我介绍了FPGA的优缺点，以及Terasic DE10 nano开发套件，并且探讨了影响FPGA设计的关键因素。现在，在第2部分，我将分析示例代码并发现更多的有用的资源。

作者：JPaul Carpenter

我是MCU的长期用户和狂热者，特别是对多功能低成本MCU上有着浓厚的兴趣，这种MCU模块能够通过单芯片实现优秀的通信能力。我做过很多有意思的小玩意，包括：MP3播放器、闹钟、无线地面湿度控制系统、宠物活动监视器、低功耗蓝牙姿态控制等。在这些小项目中，MCU实现信息的收集和传输，用起来十分方便。

机器视觉在工业自动化系统中的应用已经有一定的历史，它取代了传统的人工检查，提高了生产质量和产量。我们已经看到了相机在计算机、移动设备和汽车等日常生活设备中的迅速普及，但是机器视觉的最大进步莫过于处理能力。随着处理器的性能以每两年翻一番的速度不断提升，以及多核CPU和FPGA等并行处理技术日益受到关注，视觉系统设计人员现在可以应用复杂的算法来可视化数据，并创建出更加智能的系统。

性能的提高意味着设计人员可以获得更高的数据吞吐量，从而实现更快速的图像采集，使用更高分辨率的传感器，并充分利用市场上具有最高动态范围的一些新款相机。性能的提高不仅可让设计人员更快速地采集图像，而且还能更快速地处理图像。预处理算法（如阈值和滤波）或处理算法（如模式匹配）也可以更快速地执行。最终设计人员能够比以往更快地基于可视化数据制定决策。

德州奥斯汀NI总部数据采集和控制产品市场经理，主要负责机器视觉领域的Brandon Treece认为，随着视觉系统越来越多地集成最新一代多核CPU和强大FPGA，视觉系统设计人员需要了解使用这些处理元件的好处和得失。他们不仅需要在正确的硬件上运行正确的算法，还需要了解哪些架构最适合作为其设计的基础。

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