随着芯片种类日益丰富、功能日益强大，人们不禁好奇：一块FPGA是如何从最初的概念一步步呈现在我们面前的？

FPGA设计、FPGA原型验证/仿真、FPGA板级调试和应用，是FPGA从概念到应用的必经之路。本文将围绕这几个核心环节，并结合支撑环节进行梳理。

FPGA设计环节

如同建造一座建筑，在动工前，设计师需要进行详尽的设计。

FPGA设计的第一步是明确应用需求，将其转化为FPGA的规格指标，形成设计规范，详细描述FPGA的功能、性能、接口、功耗等。

为了便于设计和复用，需要对FPGA的功能进行模块化设计，搭建总体架构，并定义各个功能模块。

下一步是使用硬件描述语言（HDL），如Verilog或VHDL，编写RTL（Register-Transfer Level）代码，实现各个功能模块的逻辑。之后进行功能仿真验证，确保代码的正确性。

FPGA设计的后续步骤包括逻辑综合、布局布线和时序分析。逻辑综合将RTL代码转换为门级网表。布局布线则将逻辑门映射到FPGA芯片的物理资源上，并进行互连布线。时序分析用于检查设计是否满足时序要求。

在FPGA行业，专门从事FPGA设计的公司或团队通常专注于设计和验证，而不涉及后续的板级调试和应用。

FPGA原型验证/仿真环节

FPGA原型验证和仿真在FPGA开发流程中至关重要，它用于在硬件实现之前验证设计的正确性，及早发现并解决潜在问题。

主要包括：

• 功能仿真： 验证设计的逻辑功能是否符合规范要求。
• 时序仿真： 验证设计是否满足时序要求，包括建立时间、保持时间、传播延迟等。
• 硬件在环仿真（HIL）： 将FPGA设计与实际硬件环境进行连接，进行更全面的验证。

FPGA板级调试和应用环节

完成设计和验证后，需要将FPGA配置到实际的硬件平台上进行板级调试。这包括硬件接口的验证、系统功能的测试以及性能的优化。

FPGA的应用非常广泛，涵盖通信、数据中心、汽车、工业控制、航空航天等众多领域。不同的应用领域对FPGA的性能、功耗、接口等有不同的要求。

支撑环节

FPGA产业链的顺利运转离不开以下几个重要支撑环节：

• EDA工具： EDA（Electronic Design Automation）工具是FPGA设计和验证的必备工具。主流的FPGA厂商，如Xilinx（已被AMD收购）、Intel（Altera）等，都提供各自的EDA工具套件，例如Xilinx Vivado、Intel Quartus Prime。
• IP核： IP（Intellectual Property）核是预先设计好的、可复用的功能模块，可以大大缩短FPGA的开发周期。例如，常用的接口IP核有PCIe、Ethernet、DDR等。
• 开发板和硬件平台： FPGA开发需要相应的开发板和硬件平台，用于进行原型验证和系统集成。
• 器件和封装： FPGA芯片本身的制造和封装也属于产业链的重要环节。

主要厂商

• FPGA芯片厂商： Xilinx（已被AMD收购）、Intel（Altera）、Lattice Semiconductor、Microchip (Microsemi)等。
• EDA工具供应商： Xilinx、Intel等FPGA厂商自身也提供EDA工具，此外还有一些第三方EDA工具供应商。
• IP核供应商： 除了FPGA厂商自身提供IP核外，还有一些专门的IP核供应商。
• 开发板和硬件平台供应商： 除了FPGA厂商提供官方开发板外，还有许多第三方公司提供各种类型的开发板和硬件平台。

总结

FPGA产业链涵盖了设计、验证、调试和应用等多个环节，并由EDA工具、IP核、硬件平台等支撑环节构成。了解FPGA产业链的各个环节有助于更好地理解FPGA技术及其应用，并为从事FPGA相关工作做好准备。宸极教育等培训机构致力于提供专业的FPGA培训，帮助学员快速掌握FPGA开发技能，融入FPGA行业。