在5G無線、衛星通信、雷達探測、航天測控等復雜系統設計中，FPGA工程師扮演著重要角色。

對于一個FPGA團隊來說，需要根據項目需要完成產品的設計和驗證，保證項目的交付。為了在越來越復雜的系統設計中，FPGA工程師之間保持高效溝通和工作推進，這就需要找到一個適合的設計方法論。目標是通過在設計團隊之間建立一個通用的方法來提高FPGA設計團隊的生產力，同時允許跨團隊交換設計模塊。

FPGA設計中的三個關鍵因素：

FPGA工程管理

FPGA設計方法

FPGA芯片選擇

首先，需要建立FPGA中實現系統設計的可預測性路線圖。實現可預測結果的三個步驟是：

適當的項目計劃和范圍。

準確選擇FPGA芯片，以確保當今和未來的項目可以使用正確、成熟的技術。

遵循FPGA設計開發的最佳實踐，以縮短設計周期，并確保設計按時完成，設計模塊可以在未來的項目中以最小的代價進行復用。

所有三個元素需要順利地一起工作，以確保成功的FPGA設計，如圖1所示。

圖1?成功進行FPGA設計的三個步驟

供應商的選擇應該是兩家公司之間的長期合作關系，特別是設計軟件和IP Core的授權。通過共享路線圖和共同管理現有項目，不僅可以確保當前項目的成功，還可以及時為未來的項目提供正確的解決方案。一個基于經驗的微調過程，以確保項目的成功。

FPGA設計方法，這是最佳實踐方法的主要焦點。這涵蓋了從基礎到高級技術的完整FPGA設計流程。這種方法是獨立于FPGA供應商，因為適用于FPGA的設計實踐，但同時需要結合FPGA的設計軟件，比如Vivado和Quartus的設計環境不同，相關的設計流程有所不同。對于FPGA工程師而言，設計流程大同小異，可以快速切換。圖2所示的圖表顯示了最佳實踐設計方法論。

圖2?FPGA設計最佳實踐設計方法

Board Layout、RTL設計、IP重用、功能驗證和時序收斂，往往是設計團隊擁有不同設計方法的領域，工程師需要獲得一致的結果和縮短設計周期。

FPGA設計中面臨的許多挑戰并不是FPGA設計所特有的，而是設計中常見的挑戰。與ASIC設計相比，FPGA設備本身確實提供了獨特的挑戰和機會。FPGA設備性能的提高導致針對FPGA的設計更加復雜，ASIC工程師與FPGA工程師可以相互轉換。這導致許多設計團隊將ASIC設計原則遷移到FPGA設計。總的來說，這對FPGA設計流程有好處。然而，它需要與FPGA帶來的設計流程的好處相平衡。FPGA的可編程特性為在系統中執行更多的驗證打開了大門。當正確使用時，這可以大大加快驗證周期，但如果濫用，它會延長設計周期。I/O的可配置特性提供了ASIC設計中不存在的挑戰。同時，行業使用的EDA工具在功能和成本上，FPGA和ASIC也有所不同。

FPGA工程師需要熟悉FPGA廠商軟件，比如Vivado或者Quartus設計軟件。FPGA工程師通常負責編寫和驗證設計的RTL代碼，負責在FPGA中實現設計，并幫助在最終系統中進行聯調。FPGA工程師在PCB設計中扮演著重要的角色。負責從FPGA設計軟件生成FPGA引腳輸出。因此，FPGA工程師需要與硬件PCB設計工程師進行原理圖確認，任何修改都需要提供更新的引腳分配，并最終進行實現和驗證。

在實際的FPGA設計過程中，FPGA工程師除了最基本的RTL代碼設計、仿真和調試外，還需要非常熟悉項目所涉及的技術路線、信號處理過程、系統架構等，常常也需要參與到系統方案的設計制定，并給出最佳實現方案。

因此，對于FPGA工程師而言，最難的不是寫RTL代碼，而是在一個復雜系統設計中，需要涉及技術方案制定、架構設計、深入理解技術協議、模塊設計與驗證、系統集成、整個系統的聯調，以及與其他部門的協作。

此外，需要有好的領導來帶領FPGA團隊，避免非專業領導過多干預FPGA團隊的正常工作。

在系統設計過程中，經常會遇到各種問題，尤其是在系統調試階段，FPGA常常成為“背鍋俠”。FPGA工程師又要通過各種手段去證明自己的設計沒問題，還需要定位出問題出現的原因。每一款產品的成功推出，背后都是一部“研發風云錄”。

總結起來，為了實現復雜系統設計，FPGA工程師需要：

制定詳細的設計方案和系統架構

掌握FPGA信號處理與接口設計方法

做好工程管理和維護

掌握儀器設備的使用和問題排故

審核編輯：湯梓紅

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