如何实现一套FPGA工程无缝兼容两款管脚不同的板卡？

试想这样一种场景，有两款不同的FPGA板卡，它们的功能代码90%都是一样的，但是两个板卡的管脚分配完全不同，一般情况下，我们需要设计两个工程，两套代码，之后还需要一直维护两个版本。 那么有没有一种自动化的方式，实现一个工程，编译出一个程序文件，下载到这两个不同的板卡上，都可以正常运行呢？

本文以开发板A和开发板B为例，介绍如何实现一套FPGA工程无缝兼容两款管脚不同的板卡？

两款开发板的时钟信号分别为clk_a和clk_b，分别位于两个不同的芯片管脚，两个开发板的FPGA型号完全一致，外部时钟的频率也一样。

首先需要判断当前是哪款板卡？实现方式是通过两个计数器，分别对时钟信号进行计数，由于两款板子的时钟信号分别位于不同的管脚，所以只有一个计数器会累加，并达到目标值，这样就实现了板卡型号的自动区分。

具体代码如下：

/*********************************************************************
* Copyright © blog.csdn.net/whik1194
* ModuleName : board_sel.v
* CreateTim : 2023年11月5日 19:16:48
* Author : mcu149
* Function : function
* Version : v1.0
* Version | Modify
* ----------------------------------
* v1.0 | first version
*********************************************************************/

module board_sel(
//Inputs
input clk_a, //100MHz
input clk_b, //100MHz

//Outputs
output reg [1:0] sel = 2'd0,
output reg rst_n = 1'b0
);

//1.parameter
// parameter LATCH_TIME = 10_000_000 / 10; //10ms
// parameter RESET_TIME = 100_000_000 / 10; //100ms
// for simulation
parameter LATCH_TIME = 5_000 / 10; //simulation, 5 us
parameter RESET_TIME = 10_000 / 10; //simulation, 10 us

//2.localparam
localparam BOARD_A = 2'd1;
localparam BOARD_B = 2'd2;

//3.reg
reg [31:0] cnt_a = 0;
reg [31:0] cnt_b = 0;

//4.wire

//5.assign

//6.always
always @ (posedge clk_a) begin
if(cnt_a < LATCH_TIME + RESET_TIME)
cnt_a <= cnt_a + 1;
end

always @ (posedge clk_b) begin
if(cnt_b < LATCH_TIME + RESET_TIME)
cnt_b <= cnt_b + 1;
end

always @ (*) begin
if(cnt_a == LATCH_TIME)
sel <= BOARD_A;
else if(cnt_b == LATCH_TIME)
sel <= BOARD_B;
end

always @ (*) begin
if((cnt_a == LATCH_TIME + RESET_TIME) || (cnt_b == LATCH_TIME + RESET_TIME))
rst_n <= 1;
end

//7.instance

endmodule //board_sel end

这里的代码，使用了寄存器定义时赋初值0的一个小技巧，一般工程不建议这么使用。

板卡区分之后，再根据区分的结果即sel的值对输出、输入分别进行选择。

具体实现如下：

/*********************************************************************
* Copyright © blog.csdn.net/whik1194
* ModuleName : board_sel.v
* CreateTim : 2023年11月5日 19:40:48
* Author : mcu149
* Function : function
* Version : v1.0
* Version | Modify
* ----------------------------------
* v1.0 | first version
*********************************************************************/

module board_dock(
//Inputs
input [1:0] sel,

input clk_a,
input clk_b,
input uart_txd,
input led1,

//Outputs
output clk,
output uart_txd_a,
output uart_txd_b,
output led1_a,
output led1_b
);

//1.parameter

//2.localparam
localparam BOARD_A = 2'd1;
localparam BOARD_B = 2'd2;
localparam DEFAULT_OUT_VALUE = 1'b1;

//3.reg

//4.wire

//5.assign
assign clk = (sel == 2'd0 ) ? DEFAULT_OUT_VALUE : ((sel == BOARD_B) ? clk_b : clk_a );
assign uart_txd_a = (sel == BOARD_A) ? uart_txd : DEFAULT_OUT_VALUE;
assign uart_txd_b = (sel == BOARD_B) ? uart_txd : DEFAULT_OUT_VALUE;
assign led1_a = (sel == BOARD_A) ? led1 : DEFAULT_OUT_VALUE;
assign led1_b = (sel == BOARD_B) ? led1 : DEFAULT_OUT_VALUE;

//6.always

//7.instance

endmodule //board_dock end

仿真文件：

`timescale 1ns/1ps

`define BRD_A
// `define BRD_B

module top_tb;

localparam PERIOD = 10; //10ns
localparam BOARD_A = 2'd1;
localparam BOARD_B = 2'd2;

reg clk_a;
reg clk_b;
reg uart_txd;
reg led1;

wire [1:0] sel;
wire rst_n;

`ifdef BRD_A
always #(PERIOD/2) clk_a <= !clk_a;
`endif

`ifdef BRD_B
always #(PERIOD/2) clk_b <= !clk_b;
`endif

initial begin
$display("testbench: %s", "top_tb");

clk_a = 0;
clk_b = 0;
uart_txd = 0;
led1 = 0;

end

always #(500_000) uart_txd <= !uart_txd;
always #(200_000) led1 <= !led1;

board_sel board_sel_ut0(
//Inputs
.clk_a(clk_a), //100MHz
.clk_b(clk_b), //100MHz

//Outputs
.sel(sel),
.rst_n(rst_n)
);

board_dock board_dock_ut0(
//Inputs
.sel(sel),
.clk_a(clk_a),
.clk_b(clk_b),
.uart_txd(uart_txd),
.led1(led1),

//Outputs
.clk(clk),
.uart_txd_a(uart_txd_a),
.uart_txd_b(uart_txd_b),
.led1_a(led1_a),
.led1_b(led1_b)
);

endmodule //top_tb end

总结

本文所提出的方式，可以在某些应用场景对板卡实现一定的兼容性，比如用来固件在线升级所使用的Golden镜像工程，不同的板子共用此工程，以后只需要维护一套代码即可。

当然这种方式也有一定的局限性，比如需要两款板卡的FPGA芯片型号一致、晶振频率一致，比如同样为XC7K325T，外部输入单端50M时钟。

审核编辑：刘清