摘要：FPGA的IO可編程，這給邏輯設(shè)計和PCB設(shè)計帶來一定的靈活性和獨立性。在編程器的硬件實現(xiàn)中，F(xiàn)PGA就是充當一個“千手觀音”的角色，為邏輯設(shè)計和PCB設(shè)計鋪路架橋，靈活實現(xiàn)各種功能。

FPGA是一種“半定制”的芯片，其中一個特性就是IO口可編程，這個特性對編程器能與各類封裝芯片互連有很大幫助作用。

MCU的管腳功能都是固定的，與外部接口通常使用IO口或者總線連接。普通IO口其實本質(zhì)就是寄存器，這些寄存器都有一個相應(yīng)的地址，操作IO口就是操作寄存器;片內(nèi)外設(shè)相對來說，是一個具有特定功能模塊，其內(nèi)部包含多個寄存器控制不同的功能執(zhí)行，但是這些寄存器也有固定的地址。通過存儲器映射的方式，把片內(nèi)外設(shè)和CPU連接起來，組成一個系統(tǒng)。

值得注意的是，這些片內(nèi)外設(shè)對外接口都是連接固定的管腳，如果要對這些外設(shè)控制完成特定的功能設(shè)計，實質(zhì)上已經(jīng)隱含了對這些管腳控制了。比如說，MUC的IIC接口的SCK和SDA分配在99和100腳，那么所有IIC接口的存儲芯片都必須與這兩個腳連接，如圖1所示。

圖1 請排好隊列

各類需要編程的芯片如果要與MCU連接，就必須與之對應(yīng)的接口連接，對于復(fù)雜腳多的芯片，這對PCB的布局布線有很大的局限性和挑戰(zhàn)性。

FPGA就以靈活性見長，可編程IO就是其中的一個重要功能?？删幊蘄O給PCB的設(shè)計帶來靈活性，可以簡化PCB的布局布線，并且在設(shè)計的過程中，還可以根據(jù)走線的走向更改管腳的連接。另外，在FPGA內(nèi)部邏輯設(shè)計過程中，可以先把功能模塊設(shè)計與管腳分配兩步獨立開來，先完成內(nèi)部邏輯功能之后，再根據(jù)實際情況分配管腳。因此，可編程IO給FPGA邏輯設(shè)計和PCB設(shè)計帶來一定的靈活性和獨立性，其在這個環(huán)節(jié)中充當一個“千手觀音”的角色，為邏輯設(shè)計和PCB設(shè)計鋪路架橋，如圖2所示。

圖2 可編程IO示意圖

實際FPGA內(nèi)部并不像圖2那么簡單，這里只是為了形象說明可編程IO可以使內(nèi)部邏輯和PCB可以相對獨立設(shè)計。對于同類接口，不必因為PCB改變而更改時序邏輯，只需要更改引腳分配，大大簡化了PCB的布線難度。

FPGA被稱為“千手觀音”僅僅是數(shù)量多、動作靈活嗎?他還有更強大的功能，就是內(nèi)部邏輯可編程。

在最初的電路設(shè)計當中，F(xiàn)PGA并沒有實際的電路，只有完成了設(shè)計之后才有某種特定的功能電路。這種結(jié)構(gòu)含有以下特性：

1、在理想情況下，可以實現(xiàn)多種接口;

2、可以實現(xiàn)精確的時序，兼容更多芯片;

3、資源可重復(fù)利用，在某時間段，只需要一個接口邏輯，節(jié)省FPGA資源和配置器件的存儲空間。

相對地，如果用MCU來實現(xiàn)，則有以下缺點：

1、 如果MCU沒有相應(yīng)的接口，將難以實現(xiàn)與含有該接口的存儲芯片通信(可能會用IO模擬);

2、 即使接口相同，由于功能基本固定，面對一些特殊的芯片，將力不從心;

3、 由于輸出口線的固定，導(dǎo)致與外部接口的PCB布線無法實現(xiàn);

被編程的芯片接口種類較多，比如IIC和SPI，如果要MCU同時具備這些接口，口線必定復(fù)雜而且速度有限。FPGA無需考慮這個問題，由于其內(nèi)部邏輯可由設(shè)計者來設(shè)計，那么編程器可根據(jù)接口需要來定制對應(yīng)的邏輯，省時省力，效率非常高。

在設(shè)計過程中靈活使用FPGA這個“千手觀音”，讓編程器功能更靈活、更高效。