在電子產品設計行業(yè)，隨著 FPGA 等可編程器件的興起，一向舉止明智的企業(yè)開始有點失常。他們竟不對成本與效果、長期影響與工作流程效率進行綜合而全面的考慮，僅著眼于短期效益，便對 FPGA 開發(fā)硬件與工具匆匆做出選擇。

這一“便利”而沖動的選擇可能是一塊價值幾十美元并且還配套提供免費開發(fā)工具的基礎 FPGA 開發(fā)板。

“便利”的代價

不可否認，幾十美元的 FPGA 開發(fā)板確實極富吸引力，但從專業(yè)產品設計經濟學角度來考慮，這何嘗不是一種有風險的選擇。

舉例來說，某種新產品開發(fā)成本不低于100萬美元，潛在收入會超過 1000 萬美元，而參與項目的工程師平均工資為 10 萬美元，這種情況在當今的行業(yè)中很常見。那么，想想看，如果把這數百萬美元開發(fā)項目的命脈交到區(qū)區(qū)幾十美元的系統(tǒng)投資手中，這些數字看起來該有多么失衡和錯亂。

如果您做出了錯誤的選擇――最終發(fā)現(xiàn)器件運行速度太慢，占用太多功率，需要硬編碼處理器或DSP，或者需要更換――此時除了尋找替代器件和新開發(fā)板之外別無選擇。新開發(fā)板可能只需再花幾十美元，但在新器件繼續(xù)現(xiàn)有設計工作幾乎不太可能，這會進而導致必須重新進行設計，而使項目開發(fā)延誤，代價高昂。

上述情況的前提是能夠從同一家廠商獲得合適的替代器件，但如果只能從其他廠商獲得可行的替代器件的話，情況會變得更糟。在此情況下，一旦新器件架構與現(xiàn)有器件架構不兼容，整個設計只能從頭再來，從而造成更長時間的延誤及更高成本。與此同時，嵌入式軟件工程師還要繼續(xù)等待您完成嵌入式硬件。

另一個潛在約束是 FPGA 廠商提供的免費專有工具鏈。雖然這些工具是用于支持廠商的相關產品和促進銷售的，但是它們往往無法支持競爭對手的產品。因此，如果您為了解決設計問題而更換 FPGA 器件廠商，還需要學習適應新的工具和方法。

粘性問題

為了便于入手，您還很有可能從器件廠商采購IP內核。這種IP僅適用于該廠商提供的特定范圍的FPGA 器件，因此會緊緊地依賴于狹窄的芯片范圍。這種‘粘性 IP’會讓本來的設計選擇受限問題雪上加霜，因為在探索設計選項時無法選擇其他廠商的器件。

隨著FPGA 設計逐漸發(fā)展到 SoC 方法，器件和嵌入式硬件設計成為了基本的關鍵要素。SoC 方法在 FPGA 中部署了處理器、存儲器以及數據處理等更多關鍵功能元件。選擇使用哪種器件的決定變得至關重要而且需要在設計早期決定，它容納的設計IP代表著巨大、寶貴的設計投資。設計選擇與重用成為嵌入式硬件的關鍵。

如今，F(xiàn)PGA已經發(fā)展成設計的核心或中心平臺。這是超越 SoC 方法的進一步發(fā)展，在其中，除了擁有高級功能，F(xiàn)PGA 還可用作設計中軟硬元素的連接結構。處理器、存儲器或 DSP 可以作為軟核心、物理硬件或者同時作為二者加以實現(xiàn)，而 FPGA 容納的可重編程層可以把它們全部融合在一起。

現(xiàn)在產品設計的關鍵差異化要素同時在軟件和可編程硬件中被定義。所有這一切與 FPGA 功能及其容納的 IP 息息相關，因此，事后才添加基于 FPGA 的簡單膠合邏輯的方法雖然在過去可行，但是現(xiàn)在已經不再管用。自由選擇是實現(xiàn)出色設計方案的關鍵，缺乏自由選擇會產生巨大的潛在成本。

問題是，面對成千上萬的巨大投資，您是否愿意冒險采用低成本 FPGA 開發(fā)板并能夠承受它帶來的影響？

為獲得設計自由而投資

我們需要的是不會造成上述限制和設計約束的 FPGA 開發(fā)系統(tǒng)。理想情況下需要具備一種能夠通過插入式FPGA子板系統(tǒng)容納任何器件的可重構開發(fā)板。各種子板可按需添加，從而在設計進行過程中逐步提高可用器件選擇范圍。

隨后，嵌入式開發(fā)的物理硬件選擇可以擺脫對 FPGA 類型及其廠商的依賴。硬件外設板選擇也是如此，開發(fā)板可為通用外設級提供插入式系統(tǒng)，如：LCD 屏幕、I/O 接口或音視頻信號調節(jié)，其中還可包含配套 IP，從而可以輕松快速從一個外設轉移到另一個外設，或在最終設計中添加相關硬件。

如果這種系統(tǒng)還可以提供一系列良好的擴展連接器，并具備與其重要性相符的質量水平，而非追求低價格，那么相關硬件就能夠帶來自由的設計方法。

下一步是通過消除 FPGA 設計工具的相同約束而獲得器件自由。這樣，在修改 FPGA 器件時只需加載新的約束文件，而設計來源仍有效，只需進行很少，甚至無需任何重新設計。

最終可以獲得能夠打開器件與IP可能性廣闊天地大門的FPGA開發(fā)系統(tǒng)。在最少重新設計的情況下更改器件的能力意味著能夠在完全了解真正需求的設計后期進行最終器件選擇。雖然仍然受制于特定器件，但是粘性 IP 將不再約束您當前或未來的設計思路。

審核編輯 黃宇