有關FPGA的問答集錦

本文整理自2023年6月12日~6月18日，本公眾號【FPGA算法技術交流群】的相關問答。相關問題的解答和交流來自群成員，僅作參考。

問

FPGA做IC的原型驗證，速度大概跑多少？很多ASIC運行主頻遠遠高于FPGA，仿真能cover住嗎？

答

FPGA主要用來做功能驗證，一些接口確實需要那么高那就上，其他的不需要。Emulator可用并行計算時序的方式來仿真，更加接近仿真，但比仿真快得多。Emulator大概幾M的速度，Prototype大概10到100M。流片之前盡可能去模擬他的功能和性能，最接近的就是FPGA原型驗證。

問

PHY怎么驗證到位？正確性由誰來保證呢？

答

原型驗證的PHY也不一定和ASIC的一致，保證通路即可。另外有些PHY可以用FPGA自帶的PHY IP來模擬。任何驗證手段都是互相補充，最終達到完備性。

模擬的器件會有模擬端來驗證，數(shù)字的基本功能都會先在Simulation保證，純數(shù)字就代表可綜合。模擬的就會抽可綜合的模型來替換。模擬的設計在模擬端保證，和數(shù)字集成到一起的時候就會模擬數(shù)字化。

PHY有單獨的IP，接口協(xié)議都是統(tǒng)一的。例如PCIe、DDR4、Ethernet等。Simulation和Emulator都有相應的PHY model，F(xiàn)PGA階段也可以用原廠的PHY板，但有時沒必要，因為高速接口都是標準的，所以可能會用別的ip去代替，然后和真實device連接，保證通路，軟件測試通過就可以。

如果是數(shù)?；旌?a href="http://srfitnesspt.com/v/tag/137/" target="_blank">芯片，設計過程中數(shù)字可以把RTL或后端輸出的網(wǎng)表，導入給模擬工程師做模擬域的仿真。反過來模擬也可以出verilog模型給數(shù)字工程師在數(shù)字域仿真。

問

2MHz ,2V Vpp，放大到10vpp，應該選用多大的運放?如何計算帶寬？

答

如果是電壓反饋運放，建議選擇20M以上，理論計算10M以上即可。而且應該是全功率帶寬，不能只看小信號帶寬。如果是電流反饋型，選個5M估計足夠，另外就是電流驅(qū)動能力。帶寬的話，運放指標主要是增益帶寬積，開環(huán)增益和開環(huán)帶寬的乘積。

問

有個問題請教一下，F(xiàn)PGA芯片怎么能把10k的時鐘擴到100M？

答

MMCM和PLL的輸入下限分別是10M和19M，設計思路可能需要和團隊一起商討一下。

問

請教一個LVDS接收問題。需要考慮如何將數(shù)據(jù)和時鐘對齊。但是LVDS視頻流沒有同步碼，大家是怎么處理同步？

答

有兩種方法，要么數(shù)據(jù)里邊有特殊字符，要么有其它信道傳輸同步信息。對于視頻圖像，一般都會有接口協(xié)議，行、場同步信號。

de就是同步信號，hs是行同步，vs是場同步。把視頻流用顯示器顯示出來，然后通過修改skew然后找到圖像由壞變好和由好變壞的臨界點，然后中間位置就是最穩(wěn)定的，一般調(diào)整90°就行。還有一些芯片自備prn碼調(diào)試這個skew。其實對于這種VESA格式的視頻流，還有更簡單的方式，直接調(diào)用Xilinx的selectio ip核。采用DDR模式就能采下來。

如果用不了DDR模式，可參考Xilinx的Xapp585,就是這種時序的例程。里面收發(fā)都有，還有gearbox例程，教你怎么樣將8bit或者4bit轉(zhuǎn)為7bit。

此外，對于接收數(shù)據(jù)，Xapp524講這個，需要做個狀態(tài)機，找到delay調(diào)整值，每次上電之前等這個狀態(tài)機穩(wěn)定了再開始拿數(shù)據(jù)。但是這個設計是不考慮系統(tǒng)溫升對IO的影響的，如果可靠性要求高，需要隔一段時間校準一下IO的delay。

問

有沒有邏輯優(yōu)化的一些資料?

答

推薦高亞軍老師的《AMD FPGA設計優(yōu)化寶典》，VHDL版已上市，verilog版據(jù)說即將出版。

此外，《高級FPGA設計：結(jié)構、實現(xiàn)和優(yōu)化》也可以看看。

問

這個鏡像地址是根據(jù)flash確定的嗎?

答

golden起始地址必須是0，upgrade是800-000，16M flash空間的一半。

問

輸入輸出雙向的端口(inout)，我直接定義為輸出端口(output)使用，大家有這樣用過嘛？會有問題嘛？

答

FPGA的user IO，電路結(jié)構是雙向的。然后我們根據(jù)需要，聲明位input/output或者inout。外部I2C器件，把scl定義為output，可以正常訪問。如果是zynq的PS I2C，要聲明為雙向，sda要設置為雙向。如果PS的I2C拉到EMIO，那么SCK也要設為雙向。盡管就PS一個主設備。

問

求問，Vivado里FFT和LTE FFT的IP核有啥區(qū)別呢？

答

LTE FFT要收費，但是支持1536點。LTE FFT說白了就是額外支持3*2^k點數(shù)的變換。Vivado里DFT點數(shù)支持1536，可以使用統(tǒng)一的2048點FFT實現(xiàn)所有帶寬模式的處理。

問

8184點數(shù)據(jù)，怎么均勻下采樣到2048個數(shù)據(jù)?。坎蓸訒r鐘的8.184M，1ms相干積分。

答

設計算法時候需要考慮硬件實現(xiàn)，AD采了樣，DFE中濾波，可以再來個法羅插值找最佳采樣點。符號定時同步，可以參考一下Michael Rice的《Digital Communications：A Discrete-Time Approach》中的第8章：Symbol Timing Synchronization。此外，也可參考一下Umberto Mengli的《Synchronization Techniques for Digital Receivers》。

問

AXI4，AXI4-Lite，AXI-Stream這三個在應用上怎么考慮選擇？

答

AXI4包含3種類型的接口： (1）AXI4：主要面向高性能地址映射通信的需求； (2）AXI4-Lite：是一個輕量級的，適用于吞吐量較小的地址映射通信總線； (3）AXI4-Stream：面向高速流數(shù)據(jù)傳輸。

第一個有突發(fā)，第二個無突發(fā)，第三個無地址。在仿真時，Vivado 模板 AXI-Lite Master和AXI-Lite Slave連上仿真，AXI4可以和MIG連著仿真。Xilinx 有個AXI Verification IP ，就四步驟：1.引入兩個package，2.聲明agent，3.用new還是start 函數(shù)，即創(chuàng)建和掛載，4.寫一些task?？梢詤⒖脊俜降睦?。

此外，可以看一下本公眾號之前的一篇文章，點擊鏈接《AMBA協(xié)議規(guī)范（一）》可跳轉(zhuǎn)原文閱讀。

問

FFT后實部，虛部的bit位寬是如何確定的？

答

Xilinx的IP，一般在處理IQ信號時，都是虛部在高位，實部在低位。IP配置時，在左側(cè)欄，能顯示FFT的輸入和輸出位寬，和定點格式。FFT的輸出位寬和輸入也有關系，配置的時候注意。此外，DFE和ADC的IQ數(shù)據(jù)位寬和實部、虛部，將決定FFT的輸入。

問

flash讀寫，一般是大端還是小端？如果是QSPI，讀寫一個字節(jié)比如3E，是先3還是先E?。?/p>

答

看QSPI的協(xié)議規(guī)定，注意位序。

問

mcs文件固化，讀寫flash是跟bin文件還是mcs文件對得上？

答

理論上，mcs和bin 都可以，習慣用bin。

問

FPGA需要這樣的一個場景，MUX選擇是從6個時鐘中選擇1個，并且時鐘頻率都不低（有沒有合理使用BUFGMUX的方案，我目前能想到的是利用多級BUFGMUX來實現(xiàn)）?

答

不建議切時鐘，而是邏輯設計中做跨時鐘處理，切時鐘可靠性不好做。如果硬要這么設計，試一下Vivado的MMCM動態(tài)配置功能。

審核編輯：湯梓紅