Cómo seleccionar chips FPGA

I. El principio central de la selección de chips FPGA
El tamaño de FPGA, como elegir un motor y un chasis para un automóvil, requiere un equilibrio entre rendimiento y costo, mantenimiento y disponibilidad. La selección ideal es un equilibrio integral de rendimiento, recursos, dificultades para el desarrollo y seguridad del suministro.

1. Definir requisitos funcionales

El primer paso es resolver los objetivos del sistema. Es importante comprender exactamente qué tareas realizan FPGA en el sistema, como el procesamiento de datos de alta velocidad, la conversión de interfaz de protocolo, la adquisición y el control de señales, o la aceleración de algoritmo. La definición de los requisitos determina la dirección de todas las decisiones posteriores.

2. Evaluar los recursos de lógica y almacenamiento

Unidades lógicas (LUTS, FFS): evalúe la complejidad del circuito lógico para garantizar que el FPGA tenga suficientes unidades lógicas para permitir ajustes funcionales posteriores. En general, se recomienda que no se ocupen más del 80% de los recursos.
Memoria en chip (RAM de bloques, etc.): calcula la capacidad de memoria requerida basada en el almacenamiento en caché de datos, FIFO, procesamiento de imágenes y otros requisitos. Se debe prestar atención a la distribución física y a la unidad más pequeña configurable para evitar la fragmentación y los desechos.

3. RECURSOS DE RELOJ Y PLL

El número de PLL y el número de relojes diferentes que se pueden generar se calculan de acuerdo con la frecuencia del reloj requerida por el sistema y si está sincronizado o no. Si se requieren múltiples dominios de sincronización independientes, el FPGA debe tener suficientes árboles de reloj y soporte PLL.

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4. Interfaz de E\/S y recursos PIN

De acuerdo con las interfaces periféricas reales, los protocolos de comunicación, la depuración y las interfaces de expansión, el número de pines requeridos se cuenta por adelantado, y el 10 ~ 20% del margen está reservado para evitar restricciones debido a cambios posteriores.
Verifique los estándares de E\/S compatibles con el FPGA, como LVD, LVCMOS y señales diferenciales, y adaptarlos a conexiones externas.

5. Indicadores de rendimiento: frecuencia de operación y nivel de velocidad

Cuanto mayor sea la frecuencia, mejor, pero las limitaciones de tiempo de diseño, las limitaciones de proceso y el resultado final de la compilación real. La frecuencia máxima teórica es solo para referencia, y la frecuencia operativa real debe ajustarse de acuerdo con los resultados del análisis de tiempo y la integridad de la señal. Diferentes fabricantes tienen diferentes formas de identificar las calificaciones de velocidad, por lo que debe prestar atención a la distinción al comprar.

6. Requisitos especiales de recursos hardcore

Estos incluyen transceptores de alta velocidad (SERDES) en chip (SERDES), multiplicadores DSP, procesadores de núcleo duro, controladores de memoria integrados y más. Estos recursos pueden optimizar significativamente el rendimiento y el consumo de energía de un algoritmo o interfaz particular.

Si el diseño se basa en algún tipo de unidad de aceleración de hardware, es importante asegurarse de que haya suficientes bloques DSP integrados en el modelo FPGA si se requiere una gran cantidad de multiplicación paralela.

7. Dificultad de diseño de Tipo de paquete y PCB

El paquete QFP es adecuado para PCB simples y de bajo pin, y es fácil de soldar a mano. BGA es adecuado para productos miniaturizados con alta densidad de plomo y altos requisitos de rendimiento a nivel de tablero, pero es difícil cablear, soldar y pruebas, y tiene altos requisitos para el proceso PCB. El tamaño del paquete y el espacio para pines están directamente relacionados con la eficiencia de enrutamiento, el costo y la capacidad real.

8. Disponibilidad de suministro y mercado

Se recomienda elegir series y modelos convencionales con una gran circulación del mercado, que son convenientes para la adquisición y el mantenimiento del proyecto, con la transparencia de los precios y la garantía de continuidad de los recursos. Los productos nuevos, impopulares o descontinuados deben ser cautelosos, de lo contrario, es fácil afectar el cronograma del proyecto debido a la escasez.

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II, Sugerencias para el proceso de selección

Etapa de análisis de requisitos: comunicarse y ordenar, dibujar un diagrama de bloques y las funciones y recursos de la lista. Detección preliminar de especificaciones: a través de la herramienta de selección en el sitio web oficial del fabricante, la serie y los modelos que satisfacen las necesidades se seleccionan preliminarmente. COMPORTACIÓN DE RECURSOS Y OPTIMIZACIÓN SECUNDARIA: Simule e intente mapeo de recursos de acuerdo con el entorno de desarrollo, reserva un margen razonable y optimice la distribución de niveles e interfaces. Evalúe las capacidades de embalaje y fabricación: optimice el embalaje factible en función de las capacidades de proceso PCB de la compañía, rendimiento esperado, ensamblaje y soldadura, etc. Confirmación de disponibilidad del mercado: verifique los tiempos de entrega del modelo, los precios, el soporte postventa, etc. con la cadena de suministro. Comprimensiones integrales y toma de decisiones finales: combine el rendimiento, el costo y el riesgo para tomar la decisión del modelo de chip final.

III, consideraciones comunes
No simplemente busque recursos ultra altos o la frecuencia más alta, centrarse en las necesidades reales; Mantenga la escalabilidad y la capacidad de actualización del diseño, y evite la selección de lo suficiente; Preste atención a los recursos "suaves", como el soporte de la herramienta de desarrollo, la riqueza de recursos IP y la documentación técnica de la comunidad; En la etapa inicial del proyecto, el chip se bloqueó en el tiempo y se compró un pequeño número de muestras para verificación de viabilidad.
Resumen:La selección de FPGA es la piedra angular del éxito o el fracaso del proyecto, y es la optimización integrada de la ingeniería de sistemas, el diseño lógico, la implementación de hardware y la gestión de la cadena de suministro. El proceso de selección científico y riguroso puede evitar efectivamente los riesgos del proyecto, controlar los costos y garantizar la eficiencia del desarrollo de productos y la sostenibilidad futura.