2.4 FPGA/CPLD电路焊接、调试经验总结
对于FPGA/CPLD驱动电路设计，首先需设计原理图与PCB，接着应投产打样，拿到板子后再进行焊接调试及相关的测试。如果电路基本功能验证通过，就可以进行项目工程设计；反之，如果出现了这样或那样的问题，继而发现原理图设计的问题，则只能重新设计电路图。硬件开发流程如图2.40所示。
图2.40 硬件开发流程
笔者在这里想重点总结一下关于FPGA/CPLD电路的焊接、调试经验，也许会有遗漏或不符合常规的部分，但至少这些是笔者认为，对于DIY或手工焊接调试电路而言，进行开发过程中比较有效的流程。为此，笔者专门设计了一整套的FPGA PCB焊接、调试、排错，直到最终硬件定型的开发流程（当然这不仅仅只适用于FPGA/CPLD，而是一个基本的思维），如图2.41所示（CPLD根据需要可以相应精简）。
1.PCB板卡的检查
拿到厂家打样好的PCB板卡后，一定不要急于进行焊接。虽然现在的制板工艺及飞针测试技术很成熟，电路通常不会有问题，但也不排除意外。首先应检查PCB板卡是否有问题（主要是短路）。如果小概率事件发生，板卡短路了，则应立即与厂家联系。
2．电源与主芯片的焊接主次
焊接电路一般由主到次，即从主芯片到外围电路，按照从大到小的顺序进行。如果方案是成熟的，并且经过了多次验证，则主次无所谓；反之，如果方案（尤其是电源方案）是最新的，则一般先焊接电源进行测试，在保证板载电压（5V、3.3V、1.2V、2.5V等）都正常的情况下，再进行FPGA/CPLD的焊接，以保证风险的最小化。如果焊接后发现电源有问题，则只能通过割线、跳线等方法来临时解决，最终在下一版本中进行优化。同时，焊接完FPGA/CPLD之后，也必须进行短路、虚焊等测试（仅适用于TQFP或QFN, BGA就难了，不过BGA采用机贴一般不会有问题）。
图2.41 FPGA PCB板卡开发流程
当然，在产品焊接过程中，若硬件电路均已验证通过，则一般都会遵循由大到小，由贴片到直插的顺序进行焊接。
3.FPGA/CPLD配置电路的焊接、调试
在保证基本电源的前提下，即可进行FPGA/CPLD配置电路的焊接调试。这一部分电路主要有FPGA/CPLD的晶振、复位电路，以及JTAG接口、AS模式的配置、EPCS存储芯片的电路等。该部分的各个模块的测试方法如下所示。
（1）对于晶振的输出，可以通过示波器观察波形、频率是否符合要求。最简便的方法是用万用表的电压挡进行测试。由于晶振输出的是0～3.3V的正弦波/方波（常用为正弦波），所以在晶振正常输出的前提下，一般能测试到1.65V左右的电压。切记，晶振不要焊反，否则将导致“局部”短路。
（2）JTAG的接口得通过Quartus II的Programmer测试（保证USB Blaster功能正常），如果能检测到硬件，则一般通信正常；反之，则需要检查配置电路是否正确，是否虚焊（通过万用表的二极管挡点测）等。如果出现如图2.42所示的窗口，则表示已经检测到硬件。但由于EP3C16与EP4CE15的ID相同，所以这里需用户手动选择EP4CE15。
图2.42 由USB Blaster检测到的FPGA ID
接着，Programmer检测到的EP4CE15 FPGA并且通信正常，界面显示如图2.43所示。
图2.43 Programmer检测到的EP4CE15 FPGA
反之，如果JTAG通信不正常，或者JTAG部分电路有问题，则软件会弹出警告，告诉用户扫描不到JTAG链。选择“Yes”可以进一步测试，定位JTAG通信的错误，如图2.44所示。这时，通常也需要通过硬件的测试和原理图的反查等方法来保证JTAG通信正常。
图2.44 不能扫描到硬件的警告
（3）AS模式与EPCS配置芯片需要一起测试，保证FPGA的MSEL设计正确，以及相关配置信号的上、下拉电阻焊接正确。这一部分主要针对FPGA，而CPLD没有这一部分的烦恼。由于笔者都是用一个JTAG接口来实现FPGA的测试及EPCS的配置的，所以对于EPCS的配置，在此只能进行jic文件的下载测试，以验证通信是否正常。Cyclone IV FPGA的EPCS电路比Cyclone II脆弱，因此需确保数据端有终端匹配电阻，以及布局布线在10mil以内。
EPCS电路最终的测试，需要在外围电路焊接、调试完成之后进行，否则没有EPCS加载的成功的标志，只是验证了通信的正常而已。
4．外围电路的焊接与测试
执行到此，已经基本保证FPGA/CPLD能够正常工作。这时再进行外围电路的逐个焊接、测试，以保证每一部分的电路都能运行正常。当然，这里的测试是建立在已经设计好Verilog HDL驱动的基础上的。
在外围测试中，如果发现某一部分外部设备工作不正常，则多半是由于电路设计的问题，应返回原理图、PCB进行分析和查错，周而复始，只要坚持不懈，总能解决问题。
硬件开发最重要的就是调试能力，我们无法保证设计万无一失，但至少要保证能够解决电路中出现的问题，进而实现优化、改进，设计出更完善的产品。
5．最终的项目工程设计
只有保证所有电路的焊接、调试都正常后，才能进行项目工程设计。这样做可以最大限度地保证硬件的稳定性与可靠性，以免徒劳。