“千手观音”FPGA让编程器功能更灵活

FPGA是一种“半定制”的芯片，其中一个特性就是IO口可编程，这个特性对编程器能与各类封装芯片互连有很大帮助作用。
MCU的管脚功能都是固定的，与外部接口通常使用IO口或者总线连接。普通IO口其实本质就是寄存器，这些寄存器都有一个相应的地址，操作IO口就是操作寄存器;片内外设相对来说，是一个具有特定功能模块，其内部包含多个寄存器控制不同的功能执行，但是这些寄存器也有固定的地址。通过存储器映射的方式，把片内外设和CPU连接起来，组成一个系统。

值得注意的是，这些片内外设对外接口都是连接固定的管脚，如果要对这些外设控制完成特定的功能设计，实质上已经隐含了对这些管脚控制了。比如说，MUC的IIC接口的SCK和SDA分配在99和100脚，那么所有IIC接口的存储芯片都必须与这两个脚连接，如图1所示。


图1 请排好队列

各类需要编程的芯片如果要与MCU连接，就必须与之对应的接口连接，对于复杂脚多的芯片，这对PCB的布局布线有很大的局限性和挑战性。

FPGA就以灵活性见长，可编程IO就是其中的一个重要功能。可编程IO给PCB的设计带来灵活性，可以简化PCB的布局布线，并且在设计的过程中，还可以根据走线的走向更改管脚的连接。另外，在FPGA内部逻辑设计过程中，可以先把功能模块设计与管脚分配两步独立开来，先完成内部逻辑功能之后，再根据实际情况分配管脚。因此，可编程IO给FPGA逻辑设计和PCB设计带来一定的灵活性和独立性，其在这个环节中充当一个“千手观音”的角色，为逻辑设计和PCB设计铺路架桥，如图2所示。


图2 可编程IO示意图

实际FPGA内部并不像图2那么简单，这里只是为了形象说明可编程IO可以使内部逻辑和PCB可以相对独立设计。对于同类接口，不必因为PCB改变而更改时序逻辑，只需要更改引脚分配，大大简化了PCB的布线难度。

FPGA被称为“千手观音”仅仅是数量多、动作灵活吗?他还有更强大的功能，就是内部逻辑可编程。

在最初的电路设计当中，FPGA并没有实际的电路，只有完成了设计之后才有某种特定的功能电路。这种结构含有以下特性：

1、在理想情况下，可以实现多种接口；
2、可以实现精确的时序，兼容更多芯片；
3、资源可重复利用，在某时间段，只需要一个接口逻辑，节省FPGA资源和配置器件的存储空间。

相对地，如果用MCU来实现，则有以下缺点：

1、 如果MCU没有相应的接口，将难以实现与含有该接口的存储芯片通信(可能会用IO模拟)；
2、 即使接口相同，由于功能基本固定，面对一些特殊的芯片，将力不从心；
3、 由于输出口线的固定，导致与外部接口的PCB布线无法实现。

被编程的芯片接口种类较多，比如IIC和SPI，如果要MCU同时具备这些接口，口线必定复杂而且速度有限。FPGA无需考虑这个问题，由于其内部逻辑可由设计者来设计，那么编程器可根据接口需要来定制对应的逻辑，省时省力，效率非常高。
在设计过程中灵活使用FPGA这个“千手观音”，让编程器功能更灵活、更高效。