嵌入式产品怎么选 FPGA：PolarFire、Lattice 还是 Xilinx

从任务出发，而不是从品牌出发

团队选 FPGA 系列，常常因为上一个项目用的就是它，或者评估板正好放在桌上。更好的顺序是：先把逻辑要做什么写下来，再让它指向某个系列。下面七个问题能决定大部分选择。

1. 需要多少逻辑、存储和 DSP？几千个逻辑单元做粘合、桥接和简单协议，和十万个逻辑单元做图像处理或软核处理器，是完全不同量级的器件。
2. 功耗和散热预算是多少？靠电池，或者密闭无风扇的外壳，光是静态功耗，就会把某些系列直接排除，连逻辑都还没开始跑。
3. 必须怎样启动？有些 FPGA 把配置保存在片内，上电后几乎立刻运行；有些每次上电都要从外部闪存加载配置，需要启动时序和额外的器件。
4. 接口速率是多少？多千兆链路（PCIe、高速串行、高速摄像头或传感器接口）需要收发器，只有部分系列和规格才有。
5. 有什么安全要求？防止设计被复制、安全启动、防篡改行为。
6. 团队要长期使用哪套工具链和 IP？每个厂商都有自己的设计工具和现成的模块库。
7. 需要供货多久，怎么采购？生命周期、交期和代理商库存，都是产品风险，不是采购细节。

三个系列大致适合什么

Lattice：小、低功耗、容易放到板子上

Lattice 的器件在小规模端最强。做粘合逻辑、电平和协议桥接、传感器汇聚和简单控制，一颗小而低功耗、电源轨少、封装好处理的器件往往是正确答案，部分系列还能从片内配置几乎瞬时启动。我们在一块光纤信号通信板里用了 Lattice FPGA：配合 14 位、80 MSPS 的 ADC 和 16 位、50 MSPS 的 DAC，链路长度 1000 米，信噪比高于 50 dB。FPGA 在那里的任务，是在转换器旁边做确定性的高速信号处理，这正是小而可预测的器件的用武之地。

Microchip PolarFire：中等规模、低功耗、安全

PolarFire 基于闪存工艺：配置保存在芯片里，所以上电后很快就能运行，配置也不会受到影响 SRAM 型器件的单粒子翻转。它把中等容量和收发器，与低静态功耗和较好的安全能力结合在一起，适合工业、医疗、通信，以及任何既要高效又要受保护的产品。我们做过一块 PolarFire（MPF100T）核心板，作为这类产品的可复用基础。取舍是：现成 IP 的生态比最大的那家厂商小，工具也需要学习。

Xilinx（AMD）：规模、性能和最广的生态

当设计需要很大的逻辑容量、大量 DSP、很多高速收发器，或者同一芯片上紧耦合的处理器（Zynq 一类的系列）时，Xilinx 器件和 Vivado 工具链有最宽的选择，以及最大的 IP、参考设计和社区经验。代价是功耗、板级复杂度（更多电源轨、严格的上电时序、苛刻的存储器接口）和器件价格。我们也在 Xilinx 上交付，选它通常不是因为它整体更好，而是应用确实需要那样的规模。

一个粗略的经验法则

• 粘合、桥接、简单控制、功耗紧张或板子很小：选小规模的 Lattice 器件。
• 中等规模逻辑加收发器、低功耗、安全或需要很长产品寿命：选 PolarFire。
• 大规模逻辑、重度信号处理、很多高速链路，或处理器与逻辑集成在一起：选 Xilinx。

经验法则不等于设计评审。现有团队的经验、客户已经认证过的器件、供货协议这类约束，完全可以合理地推翻它。

后面才疼的那些决定

• 布局之后才做引脚规划。引脚分配要让 FPGA 工具和板级布局一起做。板子投板之后再去挪一个 Bank 或一个时钟输入，就是改版。
• 电源时序和电源轨。多路电源，各有自己的上升时间和先后顺序，是 FPGA 板子在实验台上正常、在现场却不正常的常见原因。尽早读上电要求。
• 时钟。选定时钟源和它们进入的引脚，涉及收发器或转换器时，要规划抖动预算。
• 配置和升级。比特流怎么存放、现场怎么更新、更新失败后怎么恢复，应当作为一个功能来设计。
• 调试通道。预留 JTAG 接口和几个空闲引脚，规划片上逻辑分析仪。它们开始时几乎没有成本，到后期价值巨大。
• 时序收敛是设计活动。在一开始就写时序约束，而不是等设计不满足时才写，并让跨时钟域的地方少而且有意为之。

我们能帮什么

我们设计 FPGA 逻辑和围绕它的电路板，涵盖 Lattice、Microchip PolarFire 和 Xilinx，从选型、时序收敛到板级点亮。请看我们的 FPGA 设计服务。