干货分享，FPGA硬件系统的设计技巧

万胜

作者：电子工程师小李

FPGA的硬件设计不同于DSP和ARM系统，比较灵活和自由。只要设计好专用管脚的电路，通用I/O的连接可以自己定义。因此，FPGA的电路设计中会有一些特殊的技巧可以参考。

1. FPGA管脚兼容性设计

FPGA在芯片选项时要尽量选择兼容性好的封装。那么，在硬件电路设计时，就要考虑如何兼容多种芯片的问题。例如，EP2C8Q208C8和EP2C5Q208这两个型号的FPGA。其芯片仅有十几个I/O管脚定义是不同的。在EP2C5Q208芯片上，这几个I/O是通用I/O管脚，而在EP2C8Q208C8芯片上，它们是电源和地信号。为了能保证两个芯片在相同的电路板上都能工作，我们就必须按照EP2C5Q208的要求来把对应管脚连接到电源和地平面。因为，通用的I/O可以连接到电源或者地信号，但是电源或地信号却不能作为通用I/O。在相同封装、兼容多个型号FPGA的设计中，一般原则就按照通用I/O数量少的芯片来设计电路。

2. 根据电路布局来分配管脚功能

FPGA的通用I/O功能定义可以根据需要来指定。在电路图设计的流程中，如果能够根据PCB的布局来对应的调整原理图中FPGA的管脚定义，就可以使后期的布线工作更顺利。例如，如图2-10所示，SDRAM芯片在FPGA的左侧。在FPGA的管脚分配时，应该把与SDRAM相关的信号安排在FPGA的左侧管脚上。这样，可以保证SDRAM信号的布线距离最短，实现最佳的信号完整性。

3. FPGA预设测试点

目前FPGA提供的I/O数量越来越多，除了能够满足设计需要的I/O外，还有一些剩余I/O没有定义。这些I/O可以作为预留的测试点来使用。例如，在测试与FPGA相连的SDRAM工作时序状态时，直接用示波器测量SDRAM相关管脚会很困难。而且SDRAM工作频率较高，直接测量会引入额外的阻抗，影响SDRAM的正常工作。如果FPGA有预留的测试点，可以将要测试的信号从FPGA内部指定到这些预留的测试点上。这样既能测试到这些信号的波形，又不会影响SDRAM的工作。如果电路测试过程中发现需要飞线才能解决问题，那么这些预留的测试点还可以作为飞线的过渡点。