FPGA入门学习首选——ZIRCON A4 FPGA开发板评测

一.前言

随着技术的不断进步，可编程器件的集成度越来越高，结构越来越复杂，功能也越来越强大，学习和开发的难度也降低了很多，因为可编程器件的灵活性和优异的性能使得此类器件也得到了越来越广泛的应用，并预示以后将会有更好的发展和得到更多的应用，很多公司似乎也觉察到了如今的发展方向，在去年Intel花了167亿美元收购Altera就是很好的例子，今后的发展可编程逻辑器件将与MCU，CPU，MPU配合使用，发挥出更高的性能，今天小编拿到了一款锆石光电科技的ZIRCON A4 FPGA开发板，接下来我们就介绍一下这款FPGA 开发板。

二.定位

ZIRCON A4 FPGA开发套装提供了一套功能全面的开发板，提供了详细的资料和视频教程，并且官网信息显示后续还会有很多功能模块提供，软件资源和硬件资源都是非常全面的，这套开发套装适合各个层次的人员使用。接下来我们就一睹这块开发板的芳容

三.开箱

ZIRCON A4 FPGA开发套装采用了非常高大上的包装，当你看到这样外部包装，你会感到惊讶和惊喜，如下图：

包装上贴有一张漂亮的标签，标题为This’s a gift，标签详细内容如下图：

以上内容中出现了 “体贴”“心思”“信任”等关键词，就从这个礼物标签上就可以看到这件礼物足够用心。

打开外部纸盒包装后，我们看到了一被透明塑料气泡膜包裹的白色盒子，如下图：

去除气泡膜包装袋就看到了白色的高大上的开发板包装盒，如下:

包装盒正中间为金色的ZIRCON标志，上方为金色的锆石FPGA卡发板，下方分别是ZIRCON，Cyclone IV和ALTERA的标志。

包装盒背面左下角为开发板的基本信息，如下图：

将这个白色的包装纸套抽出，看到一个黑色的高大上包装盒，如下图：

ZIRCON A4 FPGA包装盒正前方有一个向上开启的三角标志，如下图：

盒子背面左下角依旧有开发板的详细信息，如下图：

打开盒子，首先看到的是一张半透明的塑料板，上面印有：

please be advised that this is an art piece 请注意 这是一件艺术品，如下图：

包装盒盖子内侧有一层厚厚的海绵用于保护开发板，如下图：

移除塑料板后我们就看到了期待已久的开发板，如下图：

ZIRCON A4 FPGA开发板上有一块定制的亚克力保护板，保护板与PCB板中间还放置了一块海绵，可谓是将保护工作做的非常到位。

拿出开发板及固定海绵，下方有一个附件盒子，如下图：

取出附件纸盒，如下图：

附件盒子内包含以下内容，如下图：

一张保修卡，一本精致的说明书，两张光盘

说明书印刷质量非常高，完全超出了一本说明书该有的质感，如下图：

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光盘也是定制的，光盘上的图案同样是ZIRCON的风格，如下图：

取出附件纸盒之后，盒子中还有一个遥控器和一根USB Male Type-A – Micro USB Male Type-A数据线，如下图：

遥控器虽然不值钱，但是这里体现了ZIRCON官方的细致入微，数据线没得说的，质量一定有保障，数据线非常粗。

到这里我们就看到了ZIRCON A4 开发套装的所有东西，这里让人感叹，开发板和包装怎么可以做的如此高大上，精致甚至感人，打开包装看到所有的细节，小编深深的被这套开发板折服了，这是小编看到了最精致，最细腻，最感人的开发板套装没有之一。

四.产品功能

首先我们介绍一下ZIRCON A4的主要特性

1. 采用Cyclone IV EP4CE10F17C8N FPGA芯片。

2. 配备256Mbit SDRAM。

3. 配备128Mbit串行FLASH。

4. 配备CP2102作为USB转UART。

5. 配备TLC549C 串行8位模数转换芯片。

6. 配备TLC5615C串行10为数模转换芯片。

7. 256色8位VGA传输功能。

8. 标准PS/2接口插座

9. 2.4英寸TFT触摸屏

10. 38kHz红外接收

11. Micro SD卡座

12. JTAG下载调试接口

13. 扩展IO接口2*30 pins

14. 电容按键*4，清除按键*4

15. 橙色LED*8 ，数码管*6

16. 拨码开关*2，蜂鸣器*1

板上资源的详细说明，如下图：

Cyclone IV FPGA主要特性包括：

Cyclone IV系列产品是2009年上市的，主要面向低功耗，成本敏感的应用，采用60nm工艺制程的FPGA产品。有人可能会问为什么不选用最新的Cyclone V系列产品，小编告诉你最新的Cyclone V系列产品是Cyclone系列最新的Soc产品，部分系列产品中集成了两个Cortex-A9内核，最低端的产品也有25k逻辑单元，成本也比较高不适合作为入门学习。

Cyclone IV GX FPGA体系结构包括最多150K垂直排列的逻辑单元(LE)、以9-Kbit (M9K)模块形式排列的6.5 Mbits嵌入式存储器，以及360个18x18嵌入式乘法器。在Cyclone系列中，Cyclone IV GX FPGA新增加了速率高达3.125 Gbps的集成收发器。

Cyclone IV E FPGA体系结构包括最多115K垂直排列的LE、以9-Kbit (M9K)模块形式排列的4 Mbits嵌入式存储器，以及266个18x18嵌入式乘法器。

Cyclone IV FPGA关键特性如下图：

核心芯片介绍：

开发板采用EP4CE10F17C8N， 下图是Cyclone IV E系列芯片的命名规则

从上图中我们可以看到，该芯片具有10320个逻辑单元，采用了256pin BGA封装，温度等级为商用0-85℃，速度8级等信息，虽然Cyclone IV 是09年的产品，制程工艺也只有60nm，但这完全不影响芯片的性能，依旧被广泛的应用，甚至有很多产品依旧在使用Cyclone III。

下图是Cyclone IV E系列产品的特性

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从上图中我们可以看到EP4CE10产品虽然不是资源最少的产品，但是也属于资源相对少的产品，即使这样EP4CE10产品用于入门和做大多数开发都是可以胜任的，小编认为EP4CE10系列产品选择的非常合适，可以满足绝大部分应用的开发，另外还节省了学习和开发的成本，学员与厂家同时获益，这岂不是两全其美。

五.产品设计

(1)结构设计

1. ZIRCON A4 FPGA开发板由一块对折的亚克力板保护，亚克力板为不规则形状，将需要连接或者需要操作的位置露出来方便操作，如下图：

亚克力板与PCB板使用塑料螺丝加螺母固定，这样及固定了开发板又为开发板起到支撑作用，设计的非常到位。

2.ZIRCON A4 FPGA开发板PCB为圆角矩形，圆角半径刚刚好， PCB的边缘全部为数控切割非常光滑，PCB采用沉金工艺整板黑色阻焊层设计非常漂亮。

3.JTAG接口在板子左侧，IO接口在板子右侧，电源开关和其他需要连接的接口都在开发板的上侧，拨码开关和按键再开发板的下侧，这样的设计非常方便外部的连接和操作，开发板的设计可谓用心良苦。

(2)硬件设计

1. 开发板左上角设置了一颗拨动开关控制整板的电源开关，这是非常好的设计很多开发板没有电源开关只能靠拔插电源线来起到断电上电的作用这样频繁的拔插会减少连接器的使用寿命，如下图：

2. 开发板提供Micro USB接口，提供供电和串口通信功能，接口芯片采用CP2012在供电的同时也提供了串口功能。

3. 开发板还提供了PS2接口、红外接收、VGA接口和MicroSD接口

4. 值得一提的是开发板提供了AD/DA功能，并采用SMA接口作为扩展信号的连接，SMA接口可以很好的保证信号的完整性，ADC选用TI的TLC549，TLC549为8位高速AD转换芯片，最快的达到17us的转换时间，DAC选用的是TI的TLC5615，TLC5615为10位高速DA转换芯片，最快的达到12.5us的转换时间，从这两款芯片的选择上可以看出ZIRCON对产品的性能要求是非常高的，如下图：

5. 开发板上提供了一块2.4英寸的电阻式触摸屏，在FPGA开发板配有LCD还是不多见的。

6. 开发板的下边缘设置了4颗触摸按键，触摸IC选用了TTP226，触摸按键右侧有4颗机械按键，小编个人认为这4颗机械按键有些大，并且与最右边的复位小按键形成鲜明的对比有些不协调，这里的一个好处就是不容易误按复位键，小编猜想厂商选用大按键主要是为了配合左侧的触摸按键使开发板下边缘布置整齐并且相对协调，如下图：

7. 电源采用了三片MP2359分别设计了3.3V 2.5V 1.2V电路，MP2359是MPS公司的宽电压Buck电源芯片，最大电流1.2A，看到这个芯片小编别的都不想说，只想说这个芯片很贵，原理图如下图：

PCB布置如下图：

8. 电路中出现了大面积的肖特基二极管BAT54S，这是为了增加系统的稳定性尤其在高速信号线上，如下图：

PCB布置如下图：

9. 开发板右侧设计了两个扩展IO接口，官方正在开发适合的功能模块，这样开发板就可以捉更多的应用开发。

10. 开发板上并没有提供JTAG电路需要外接JTAG，官方是可以购买的，这里使用起来会有一点点不方便，这是一个小小的遗憾。

11. PCB设计非常规范，电源部分铺地过孔设计非常规范，器件排列整齐在这块板子上根本就不用提，这块板子上就连过孔都排列的十分整齐，甚至斜着排列的过孔也是在同一条直线上，小编猜测PCB设计者一定是处女座的，这样的设计是有强迫症的小编的解药，过孔排列如下图：

六.产品使用方案

接下来我们介绍一下ZIRCON A4 FPGA这块开发板的使用方法

在ZIRCON A4 FPGA开发套件提供的两张光盘中提供了非常多的资料

A光盘中提供的是开发板资料，如下图：

光盘自动运行后，如下图：

提供的资料非常详细，整个图形界面设计的也十分漂亮。

B光盘中提供的是全面的视频教程，如下图：[!--empirenews.page--]

光盘中包含学习指导，数字电路，硬件语法等等一系列的视频教程，可以说是体贴入微，无微不至，再一次被感动，并且所有资料是开放的在官方网站上都是可以找到的。

接下来我们开始使用这款开发套件

1. 软件

Altera的FPGA产品需要Quartus II软件开发，现在名字改成了Quartus Prime，小编电脑上装的是14.1版本的Quartus II，现在可以使用就不再下载了，因为软件实在是太大了，

并且Quartus Prime 精简版是免费的，也就是不需要破解了，另外要提醒一下，Quartus 软件在14.0以后就只能运行在64位系统上了，小编当年为了安装Quartus II也是重装了一次系统。下图是Quartus II 14.1软件的页面。

由于ZIRCON A4 FPGA板子上没有JTAG电路所以我们要使用USB Blaster ，由于小编使用的不是官方的USB Blaster ，这里就不展示了。

安装好Quartus II 软件之后，连接USB Blaster，提示安装驱动，在Quartus II 的安装目录下找到驱动目录安装即可，驱动安装成功如下图：

2. 上电工作

连接好USB电源线后拨动开关开发板上电，屏幕显示欢迎动画，如下图所示：

经过欢迎动画之后，是主界面，如下图：

主界面有四个选项分别为：简介、测试、演示、提示，如下图：

测试程序中包含了非常多的内容，其中包括按键、LED、数码管等等测试项目，如下图：

按键和LED测试如下图：

VGA显示如下图：

AD/DA显示如下图：

这里还提供了摄像头，网络开发，音频开发等测试项目，如下图：

但是这些测试项目还处于开发阶段，如下图：

整个UI设计非常漂亮，漂亮到不敢想象这是一块FPGA开发板。

视频教程非常详细，制作也非常漂亮，如下图：

视频中有很多灌篮高手的画面，如下图：

相信作者也是80后，有没有勾起你的回忆呢。

限于篇幅的原因这里就不做过多的介绍了，如有感兴趣可以到ZIRCON的官网了解更多的信息。

七.器件选型

在之前的功能介绍时就提到了AD/DA芯片的选取和电源芯片的选取都是非常高大上的产品，小编将整板的器件浏览了一遍能看到型号的都是大品牌产品，用料绝对可靠。

八.总结及展望

ZIRCON A4 FPGA开发板是我见到的最漂亮的开发板，ZIRCON提供的教程是最全面的教程，这一套开发套件是目前最合适学习FPGA的产品。开发板的价格为699 RMB，这样的产品这样的价格真的是非常良心的价格，可能有些人认为包装过度，小编猜测这事ZIRCON的第一款产品应该是想以这样惊艳的包装和用户体验留下良好的口碑。总之这款开发套件非常值得拥有。

九.题外之言

Cyclone系列产品固然是好的FPGA产品，但是Altera在去年推出了MAX10系列产品，小编认为MAX10系列产品更具特色，可以有更好的用户体验，更适合ZIRCON推出开发套件，希望ZIRCON以后能推出相关的产品。

十.官方资料

锆石光电科技官网

Altera官网

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