易灵思FPGA做替代，到底有多难？

这两年由于疫情，太过于动荡，包括我们的FPGA，也由于市场、供应链、以及某些人的短期趋利问题，价格简直上了天。

过去一个设计用了Altera的EP4CE30F23C8N，这款芯片几乎是Altera性价比最高的芯片，并且他和EP4CE40F是同一个Die，因此熟悉门路的人知道，可以直接将EP4CE30F价格采购的芯片，当作EP4CE40F来用，瞬间资源倍增，如下图所示，LE直接增加1/3，Memory和乘法器几乎翻倍：

可惜是曾经可以用60-80RMB的零售价买到的EP4CE30F FPGA，由于这两年的动荡，以及供应链的转移，10倍的价格也只能买到翻新的料了。或许Altera也可能已经放弃了中低端Cyclone IV系列FPGA，或者更多的将产能放到了高端Stratix FPGA上了。

那么我们就难了，原有的产品不能因此断片，全新的EP4CE30几乎需要几千才能买得到，进退两难，只能另谋出路，上帝给你关闭一扇门的同时，很有可能还会给你开另一扇门。

之前我写过一篇公众号，时隔10年，我将重新杀回国产FPGA，其中我列举了当前国产FPGA的市场格局，如下图所示：

我在这些选项中寻找寻找可以替代EP4CE30F的FPGA，希望这款FPGA可以满足以下要求：

逻辑资源在30K左右

硬件DSP在100个以上

引脚在256-484之间

有丰富的Memory资源

可以运行在200MHz左右的频率

纵观思维导图，我找不到可以同时满足以上5个要求，同时价格还可以和EP4CE30F不相上下的FPGA。直到有一天，Eric给我推荐了易灵思。易灵思有Trion和钛金两个系列，相比工艺Trion系列和Cyclone IV更贴近，同时第一次观摩T35(35K LE）的内部资源，瞬间让我找到了北，太满足替代EP4CE30F的需求了，其资源如下。

尤其是乘法器的数量，在同等规格的国产FPGA中，我几乎找不到能做到这么慷慨的，这给需要做一点图像运算的我笑出了声。

一直拖着，一直拖着，直到有一天，我确实被Altera的货源逼疯了，最终不得已，我下手将EP4CE30F给成了T35F324，即便是降低性能我不能让设计承受50倍物料的成本，为此不惜代价。也感谢自己放弃了很久，最终还是坚持到了曙光，虽然这一路上的坎坷，真的不堪入目。

（一）软件使用的艰难

这应该是使用国产FPGA，尤其是使用易灵思FPGA的同仁的心声。细数目前国产FPGA的软件开发环境，只有类Quartus和不类Quartus两种，前者以紫光、安路为代表，换个环境根本不需要什么手册教程；后者就是易灵思的Efinity，思路清奇，别具一格，用FAE的话说是：没有他们的指导很难摸透（所以之前写过一篇文章：骨骼清奇的易灵思FPGA-小试牛刀驱动LVDS屏）。

这过程确实浪费了不少的时间，包括Interface是纯硬件的设计，到Design的物理连接是分离的，所以原先Altera的设计不能直接移植。同时RAM ROM使用LUT描述再映射RAM的方式，确实和之前直接用IP Core非常不一样。这里以引脚分配为例，截图为证：

（二）软件综合和PR的坑

由于原本在设计中，采用ShiftRAM生成了41*41的窗口进行后续的图像处理，因此简单粗暴的有1681*8个寄存器，用于计算。但一模一样的设计，在易灵思的Efinity中半天都无法综合出结果，更别说PR，百思不得其解，最后只能花费巨大的精力，将按窗口的存储修改成按照列的存储模式，但是代价是需要复杂的逻辑以及主频。下图分别是Quartus与EfinityPR后的资源报表：

因此，这里不得不说国产FPGA的EDA工具链的重要性。在IC行业，EDA工具是被Synopsys、Cadence、Mentor三大家垄断的，国产EDA目前还只是萌芽阶段，这方面少说还有几十年的差距。

FPGA行业也亦是如此，Quartus II的软件是做的宇宙最好的，那是真的好用；Xilinx的Vivado是做的很强大甚至一个软件30多G，强大到一时半会儿还学不会。国产FPGA的软件，那简直做的是一塌糊涂，到底是PR优先，还是时序有限，或者其综合、PR算法，那真的不敢恭维，个人认为还是有很长的路要走。

不过易灵思的Efinity软件，相对其他某几家，做得还是不错的。

（三）硬件设计的约束

这方面真的太难了，如果没有FAE的支持，处处是坑。如果有FAE这根避雷针，很多时候可以避免掉坑里，毕竟爬出来还要很久。比如：

1）CRESET必须有上拉电阻+下拉电容，或者加一个复位芯片，否则无法正常启动工作

2）硬件设计的时候，有些GCLK输入的时钟可以去PLL，而有些GCLK输入的时钟只能直接使用。

那么问题来了，如果全局只有从PLL GCLK输入的时钟，如果我想先延时一段时间在释放PLL的复位，那么就得用PLL之前输入的时钟，但是Efinity从PLL输入的时钟，不允许用户直接拿来用，似乎是PLL专用的。。。所以这就很尴尬，强行使用，采用Efinify 2021编译直接报错，采用2022编译会给出Warming，但流程可以继续往下走，这就很尴尬了。

个人目前对Efinify的GCLK网络结构还是有一点懵圈，不知道只有bug呢，还是有特别的妙招，反正现在使用受限。

3）一个BANK并不是所有IO都可用的，但用了也不会咋地，FAE又据说速度慢一点可以，但有时也真是有一些异常，官方有明确的答案吗？

然后我现在确实有遇到一些神奇的问题，比如某一个一定时序启动的设备，有概率性时间起不来，不知道是不是IO用多了的问题。

面积与功耗的优势！！

但不得不说易灵思的FPGA，0.65mm的球间距，12*12mm的封装尺寸，还有当前设计没有用上的DDR硬核和MIPI CSI控制器，简直是图像领域FPGA设计的福音。

还有非常关键的一点，我们都知道Altera FPGA功耗比Xilinx FPGA的功耗做的好很多，但与易灵思FPGA相比；同等规模+同样设计的Altera的功耗，还是做的略逊了一点。如下所示，同样的系统+同样的设计（后来用了同一套代码），分别测试Altera与易灵思T35方案，实际的5V下电流，如下所示：

从原先的6.4W，到采用易灵思T35后降低到3.8W，几乎降低了40%的功耗。并且这还是整机的功耗，如果单纯评估FPGA的功耗，估计降了100%以上（系统中还有一个吃电的DLP光机）

至此，最近几个月的易灵思FPGA项目实战的坎坷精力，已经给大家汇报完毕，期间也是一把鼻涕一把泪，换方案想着简单，做起来还是挺麻烦的。此处感谢易灵思T35，可以把物料成本上天的方案降低到合理水平，得以让此继续。也真心祝愿各位采用国产FPGA做替代的朋友，早点让自己的设计安顿下来，找到一条可以走得更远的路。

审核编辑 ：李倩