FPGA 14 ，硬件开发板分类详解，FPGA开发板与普通开发板烧录的区别

北城笑笑2024-11-23 15:13

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前言
在嵌入式系统开发中，硬件开发板是工程师常用的工具之一。不同类型的开发板有不同的特点和用途，其中最常见的两大类是普通开发板和FPGA开发板。这里分享记录，这两类开发板的分类，并深入探讨它们在烧录过程中的具体区别，帮助我们更好地理解和选择适合自己的开发板。
[一. 开发板分类](#一. 开发板分类)
[1. 普通开发板](#1. 普通开发板)
[1.1 微控制器开发板](#1.1 微控制器开发板)
[1.2 微处理器开发板](#1.2 微处理器开发板)
[1.3 单板计算机（SBC）](#1.3 单板计算机（SBC）)
[2. FPGA开发板](#2. FPGA开发板)
[2.1 基础FPGA开发板](#2.1 基础FPGA开发板)
[2.2 SoC FPGA开发板](#2.2 SoC FPGA开发板)
[2.3 专用FPGA开发板](#2.3 专用FPGA开发板)
[3. 其他类型](#3. 其他类型)
[3.1 可编程逻辑控制器（PLC）开发板](#3.1 可编程逻辑控制器（PLC）开发板)
[3.2 DSP开发板](#3.2 DSP开发板)
[二. 烧录的区别](#二. 烧录的区别)
[1. 普通开发板](#1. 普通开发板)
[1.1 特点](#1.1 特点)
[1.2 烧录过程](#1.2 烧录过程)
[2. FPGA开发板](#2. FPGA开发板)
[2.1 特点](#2.1 特点)
[2.2 烧录过程](#2.2 烧录过程)
[三. 本文总结](#三. 本文总结)
普通开发板
FPGA开发板

前言

在嵌入式系统开发中，硬件开发板是工程师常用的工具之一。不同类型的开发板有不同的特点和用途，其中最常见的两大类是普通开发板和FPGA开发板。这里分享记录，这两类开发板的分类，并深入探讨它们在烧录过程中的具体区别，帮助我们更好地理解和选择适合自己的开发板。

一. 开发板分类

硬件开发板分类，请看

1. 普通开发板

普通开发板通常基于微控制器（MCU）或微处理器（MPU），可以运行操作系统或裸机代码。这类开发板适用于各种嵌入式系统和控制应用。

1.1 微控制器开发板

  • 特点 ：
    • 基于微控制器（MCU），如ARM Cortex-M系列、AVR、PIC等。
    • 通常不运行操作系统，而是直接运行裸机代码。
    • 适用于低功耗、低成本、简单控制应用。
  • 例子 ：
    • Arduino：基于Atmel AVR或STM32微控制器，广泛用于教育和DIY项目。
    • STM32 Nucleo：基于STM32微控制器，提供丰富的开发工具和扩展板。
    • Teensy：高性能的微控制器开发板，适合需要高速处理的应用。

1.2 微处理器开发板

  • 特点 ：
    • 基于微处理器（MPU），如ARM Cortex-A系列、x86等。
    • 可以运行操作系统（如Linux、FreeRTOS）。
    • 适用于高性能计算、多媒体处理、网络应用等。
  • 例子 ：
    • 树莓派（Raspberry Pi）：基于ARM Cortex-A系列处理器，广泛用于教育、媒体中心、物联网项目。
    • BeagleBone Black：基于TI AM3359 ARM Cortex-A8处理器，适合嵌入式Linux开发。
    • NVIDIA Jetson系列：基于Tegra X1、Xavier等处理器，集成NVIDIA GPU，适用于深度学习和计算机视觉。

1.3 单板计算机（SBC）

  • 特点 ：
    • 集成了CPU、GPU、内存、存储、网络接口等，类似于小型计算机。
    • 通常运行完整版的操作系统（如Linux、Windows）。
    • 适用于需要强大计算能力和多任务处理的应用。
  • 例子 ：
    • 树莓派：如前所述，可以运行多种操作系统。
    • Odroid：基于ARM架构的高性能单板计算机，适合多媒体和计算密集型应用。
    • Rock Pi：基于Rockchip处理器，提供多种配置选项。

2. FPGA开发板

FPGA开发板基于可编程逻辑单元，通过HDL（如Verilog、VHDL）定义逻辑功能。这类开发板适用于高性能计算、信号处理、通信系统、图像处理等。

2.1 基础FPGA开发板

  • 特点 ：
    • 基于可编程逻辑单元，通过HDL（如Verilog、VHDL）定义逻辑功能。
    • 适用于高性能计算、信号处理、通信系统、图像处理等。
  • 例子 ：
    • Xilinx Artix-7 FPGA开发板：基于Xilinx Artix-7 FPGA，适合初学者和中级用户。
    • Intel Cyclone V FPGA开发板：基于Altera（现Intel）Cyclone V FPGA，集成ARM处理器，适合SoC设计。

2.2 SoC FPGA开发板

  • 特点 ：
    • 集成了FPGA和嵌入式处理器（如ARM Cortex-A系列）。
    • 可以同时实现硬件加速和软件控制。
    • 适用于复杂系统设计，如嵌入式系统、实时控制、高性能计算。
  • 例子 ：
    • Xilinx Zynq-7000：集成了ARM Cortex-A9处理器和FPGA逻辑，适合SoC设计。
    • Intel Cyclone V SoC：集成了ARM Cortex-A9处理器和FPGA逻辑，提供灵活的系统设计。

2.3 专用FPGA开发板

  • 特点 ：
    • 针对特定应用领域设计，提供专门的接口和功能模块。
    • 适用于特定行业和应用，如通信、医疗、航空航天等。
  • 例子 ：
    • 通信FPGA开发板：针对通信系统设计，提供高速接口和通信协议支持。
    • 医疗FPGA开发板：针对医疗设备设计，提供高精度数据采集和处理能力。

3. 其他类型

3.1 可编程逻辑控制器（PLC）开发板

  • 特点 ：
    • 专为工业自动化设计，提供输入输出接口和控制逻辑。
    • 适用于工厂自动化、过程控制等。
  • 例子 ：
    • Siemens S7-1200：基于西门子PLC技术，提供强大的工业控制功能。
    • Omron CJ2M：基于欧姆龙PLC技术，适用于复杂的工业控制系统。

3.2 DSP开发板

  • 特点 ：
    • 基于数字信号处理器（DSP），擅长处理数字信号和音频视频数据。
    • 适用于音频处理、图像处理、通信信号处理等。
  • 例子 ：
    • Texas Instruments TMS320C6000：基于TI的DSP技术，提供高性能的数字信号处理能力。
    • Analog Devices ADSP-BF537：基于ADI的DSP技术，适用于嵌入式音频和视频处理。

二. 烧录的区别

普通开发板与FPGA开发板烧录的区别，请看

1. 普通开发板

1.1 特点

  • 处理器架构 ：通常基于微控制器（如ARM Cortex-M系列）或微处理器（如x86、ARM Cortex-A系列）。
  • 操作系统 ：可以运行操作系统（如Linux、FreeRTOS）或裸机代码（没有操作系统支持的代码）。
  • 编程语言 ：支持高级编程语言，如C、C++、Python等，用的是软件编程语言。
  • 应用场景 ：适用于物联网、嵌入式系统、控制应用、数据采集等。

1.2 烧录过程

  1. 编写代码：

    • 使用高级编程语言，如C、C++、Python编写应用程序
    • 例如，在树莓派上使用Python编写一个简单的Web服务器。
      Python
    python 复制代码 
    import http.server
import socketserver

PORT = 8000

Handler = http.server.SimpleHTTPRequestHandler

with socketserver.TCPServer(("", PORT), Handler) as httpd:
    print("serving at port", PORT)
    httpd.serve_forever()

  2. 编译和链接：

    • 使用编译器将源代码编译成二进制文件（如.hex、.bin、.elf）。
    • 例如，使用GCC编译C++代码，生成.hex文件。
      Sh
    javascript 复制代码 
    g++ -o main main.cpp
arm-none-eabi-objcopy -O ihex main main.hex

  3. 烧录工具：

    • 使用编程工具（如AVRDUDE、OpenOCD、Arduino IDE）将二进制文件烧录到开发板的存储介质（如Flash存储器）。
    • 例如，使用Arduino IDE将.hex文件烧录到Arduino板。
      Sh
    avrdude -c arduino -p m328p -P /dev/ttyUSB0 -b 115200 -U flash:w:main.hex

  4. 验证结果：

    • 启动开发板，检查应用程序是否正常运行。
    • 例如，通过串口调试或观察LED灯的状态来验证代码是否正确执行。
      Sh
    screen /dev/ttyUSB0 115200

2. FPGA开发板

其实FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）开发板的配置过程通常被称为"编程"或"配置"，而不是"烧录"。这是因为FPGA是一种可以通过软件工具、硬件语言来重新定义其内部逻辑结构的集成电路。与传统的单片机或微控制器通过烧录固件代码进行配置不同，FPGA的配置文件（通常是比特流文件）用于设置芯片内部的逻辑单元和互连资源，以实现特定的数字电路功能。所以，以下烧录字段，可以理解为"编程"或"配置"。

2.1 特点

  • 可编程逻辑 ：基于可编程逻辑单元，可以在制造后通过编程来实现各种数字逻辑功能。
  • 编程语言 ：主要使用硬件描述语言（HDL），如Verilog、VHDL，用的是硬件编程语言
  • 配置比特流 ：生成的配置比特流文件（如.bit、.sof）定义了FPGA的逻辑结构和互连关系。
  • 应用场景 ：适用于高性能计算、信号处理、通信系统、图像处理等。

2.2 烧录过程

  1. 设计和仿真：

    • 使用HDL（如Verilog、VHDL）编写逻辑设计，并在仿真工具中进行验证。
    • 例如，使用Verilog编写一个简单的加法器模块。
      verilog
    cpp 复制代码 
    module adder (
    input [3:0] a,
    input [3:0] b,
    output [4:0] sum
);
    assign sum = a + b;
endmodule

  2. 综合和布局布线：

    • 使用综合工具将HDL代码转换为网表（Netlist），然后使用布局布线工具将网表映射到FPGA的具体物理资源上。
    • 例如，使用Xilinx Vivado进行综合和布局布线。

    Sh

    vivado -mode batch -source script.tcl

  3. 生成比特流文件：

    • 布局布线完成后，生成配置比特流文件（通常为.bit或.sof格式）。
    • 例如，生成一个.bit文件。
      Sh
    write_bitstream -force design.bit

  4. 烧录比特流：

    • 使用编程工具（如Xilinx Vivado、Altera Quartus II）将比特流文件通过JTAG、SPI等接口写入FPGA。
    • 例如，使用Xilinx Vivado通过JTAG接口烧录.bit文件。
      Sh
    vivado -mode batch -source program.tcl

  5. 验证结果：

    • 启动FPGA，检查逻辑功能是否正常运行。
    • 例如，通过示波器或逻辑分析仪验证加法器的输出是否正确。
      Sh
    open_onboard_jtag
program_device -device xc7a35tcpg236-1 -file design.bit

三. 本文总结

普通开发板

  • 烧录的是用软件编程语言（如C、C++、Python）编写的软件系统或程序，这些程序运行在开发板的处理器上。
  • 适用于物联网、嵌入式系统、控制应用、数据采集等。
  • 在日常生活中，普通开发板比FPGA开发板应用更加广泛。

FPGA开发板

  • 烧录的是用硬件描述语言（如Verilog、VHDL）编写的硬件代码，这些代码定义了FPGA的逻辑结构和互连关系，实现了特定的数字逻辑功能。
  • 适用于高性能计算、信号处理、通信系统、图像处理等。

希望这里能够帮助到你，更好地理解硬件开发板的分类，以及普通开发板与FPGA开发板在烧录过程中的具体区别，从而选择适合自己的开发平台。

创作不易，感觉有用，就一键三连，感谢(●'◡'●)

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