在進(jìn)行FPGA設(shè)計(jì)時(shí)候，除了一些算法驗(yàn)證等應(yīng)用，其他情況下都需要FPGA和控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互（通信）。

通用一點(diǎn)說，所有CPU的數(shù)字通信接口都可以和FPGA進(jìn)行通信，在這里我們將相關(guān)接口簡單分類，這里的接口主要指板間通信，像422、485之類的就不展開描述（協(xié)議層都是uart）。

低速接口

低速接口時(shí)單片機(jī)常用的接口，在和FPGA對接時(shí)候主要進(jìn)行小數(shù)據(jù)量的通信。

低速接口的優(yōu)點(diǎn)就是簡單，易于實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)也是顯而易見，就是通信帶寬不高，無法進(jìn)行大數(shù)據(jù)量通信。

這里就簡單說下SPI和UART，其中SPI是一種同步通信協(xié)議，UART是異步通信協(xié)議，區(qū)別就是有沒有共享時(shí)鐘信號(hào)。

這兩個(gè)協(xié)議的使用可以參考下面的通信方式：假設(shè)FPGA和CPU之間進(jìn)行通信，F(xiàn)PGA需要將XADC采集的電壓電流傳輸給CPU做健康管理，這里由兩點(diǎn)需要注意：一是傳輸不需要實(shí)時(shí)；二是數(shù)據(jù)量不大，所以選擇低速接口較合適，選擇SPI和UART時(shí)候傳輸?shù)膮^(qū)別如下：

SPI接口：

CPU做主，需要先將時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送到FPGA：

然后使能CS:

接下來CPU的MOSI發(fā)送數(shù)據(jù)到FPGA：

FPGA的MISO需要反饋數(shù)據(jù)時(shí)候，同步的將數(shù)據(jù)反饋給CPU，如果MOSI不發(fā)送數(shù)據(jù)，則MISO也不能主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)。

UART接口

對于UART就比較好理解了，CPU和FPGA協(xié)定好波特率，F(xiàn)PGA想要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)候就將數(shù)據(jù)發(fā)給CPU即可（CPU需要利用中斷觸發(fā)接受數(shù)據(jù)）。

LPC

最后簡單說下LPC（Low Pin Count），LPC常見的是在X86體系里常見的接口，主要用在南橋和EC之間通信（想想當(dāng)年設(shè)計(jì)的筆記本還是挺虐的~），EC控制的矩陣鍵盤等通過LPC發(fā)送給南橋。

目前我應(yīng)用的比較多的是和FT CPU之間進(jìn)行通信，這方面用的比較少就不過多介紹了。

低速接口實(shí)現(xiàn)

關(guān)于這幾個(gè)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，可以看下下面的文章，其中UART中詳細(xì)介紹了RS232和UART區(qū)別。

接下來就是高速接口

高速接口

FPGA中通過Serdes可以實(shí)現(xiàn)大部分高速接口。常見的就是PCIe和SRIO，在ZYNQ中還有AXI非常常用。

對于PowerPC則可以使用PLB；Intel最新的FPGA則QPI也是比較常用的。

對于傳輸視頻：MIPI、BT.656、BT.1120這些接口也是非常常見的。

高速接口我們只介紹PCIe，這也是非常常見的數(shù)據(jù)通信接口，在加速卡、數(shù)據(jù)中心，都是核心。

PCIe的難點(diǎn)在于整體架構(gòu)和CPU端的驅(qū)動(dòng)，目前用于PCIe架構(gòu)常用的就是DMA，至于原因，就不分析了，反正就是優(yōu)勢非常明顯。

大家對于PCIe還處于“恐慌”的狀態(tài)，但是大家不必?fù)?dān)心，下面給大家介紹幾個(gè)常用的架構(gòu)：

上面的基于PCIe的項(xiàng)目，都是非常成熟的架構(gòu)，也是目前能在FPGA流行PCIe接口的主要原因，其中這些架構(gòu)都在很多工程中得到應(yīng)用。

RIFFA和Alex的可以查看下面文章介紹：

優(yōu)秀的 Verilog/FPGA開源項(xiàng)目介紹（一）-PCIe通信

下面是XILLYBUS的架構(gòu)：

Corundum可以查看下面文章：業(yè)界第一個(gè)真正意義上開源100 Gbps NIC Corundum介紹

總結(jié)

上面的介紹只有一部分常用接口，還有其他很多不常用的總線，像FSB總線、HT總線、DMI總線等，也是可以實(shí)現(xiàn)CPU和FPGA之間通信。

今天就到這，我是爆肝的碎碎思，期待下期文章與你相見。

審核編輯：湯梓紅