在進行FPGA設計時候，除了一些算法驗證等應用，其他情況下都需要FPGA和控制器進行數據交互（通信）。

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

低速接口

低速接口時單片機常用的接口，在和FPGA對接時候主要進行小數據量的通信。

低速接口的優點就是簡單，易于實現；缺點也是顯而易見，就是通信帶寬不高，無法進行大數據量通信。

這里就簡單說下SPI和UART，其中SPI是一種同步通信協議，UART是異步通信協議，區別就是有沒有共享時鐘信號。

這兩個協議的使用可以參考下面的通信方式：假設FPGA和CPU之間進行通信，FPGA需要將XADC采集的電壓電流傳輸給CPU做健康管理，這里由兩點需要注意：一是傳輸不需要實時；二是數據量不大，所以選擇低速接口較合適，選擇SPI和UART時候傳輸的區別如下：

SPI接口：

CPU做主，需要先將時鐘信號發送到FPGA：

然后使能CS:

接下來CPU的MOSI發送數據到FPGA：

FPGA的MISO需要反饋數據時候，同步的將數據反饋給CPU，如果MOSI不發送數據，則MISO也不能主動發送數據。

UART接口

對于UART就比較好理解了，CPU和FPGA協定好波特率，FPGA想要發送數據時候就將數據發給CPU即可（CPU需要利用中斷觸發接受數據）。

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（想想當年設計的筆記本還是挺虐的~），EC控制的矩陣鍵盤等通過LPC發送給南橋。

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

低速接口實現

關于這幾個協議的實現，可以看下下面的文章，其中UART中詳細介紹了RS232和UART區別。

接下來就是高速接口

高速接口

FPGA中通過Serdes可以實現大部分高速接口。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據通信接口，在加速卡、數據中心，都是核心。

PCIe的難點在于整體架構和CPU端的驅動，目前用于PCIe架構常用的就是DMA，至于原因，就不分析了，反正就是優勢非常明顯。

大家對于PCIe還處于“恐慌”的狀態，但是大家不必擔心，下面給大家介紹幾個常用的架構：

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

RIFFA和Alex的可以查看下面文章介紹：

優秀的 Verilog/FPGA開源項目介紹（一）-PCIe通信

下面是XILLYBUS的架構：

Corundum可以查看下面文章：業界第一個真正意義上開源100 Gbps NIC Corundum介紹

總結

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，也是可以實現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