FPGA基础知识
fpga工程师基础知识
fpga工程师基础知识FPGA工程师基础知识FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，具有灵活性和可重构性，被广泛应用于数字电路设计和开发中。
作为一名FPGA工程师，掌握基础知识是至关重要的。
本文将介绍FPGA工程师所需的基础知识，包括FPGA的概念、工作原理、开发流程以及相关工具和技术。
一、FPGA的概念FPGA是一种可编程逻辑器件，它由一系列可编程逻辑门、存储单元和输入/输出接口组成。
与传统的固定逻辑电路不同，FPGA可以根据用户的需求进行编程，实现各种功能和逻辑运算。
FPGA的灵活性使其成为数字电路设计和开发中的重要工具。
二、FPGA的工作原理FPGA的基本单元是可编程逻辑门，如与门、或门、非门等。
这些逻辑门可以通过编程连接起来，形成复杂的逻辑电路。
FPGA中的存储单元用于存储逻辑电路的状态和数据。
通过配置FPGA中的逻辑门和存储单元，可以实现所需的功能。
FPGA的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 设计：首先，FPGA工程师需要使用HDL（硬件描述语言）如VHDL或Verilog来描述所需的逻辑电路。
设计包括逻辑电路的功能、输入输出接口和时序要求等。
2. 综合：设计完成后，需要使用综合工具将HDL代码转换为逻辑门级的表示。
综合工具将根据目标FPGA的特性和约束生成逻辑网表。
3. 布局与布线：在布局阶段，将逻辑网表映射到FPGA芯片的物理结构上。
在布线阶段，将逻辑网表中的逻辑门通过可编程连接资源连接起来。
4. 配置：配置是将设计好的逻辑电路下载到FPGA芯片上的过程。
FPGA芯片内部有一块非易失性存储器（通常是SRAM），用于存储逻辑电路的配置信息。
5. 运行：配置完成后，FPGA开始运行用户设计的逻辑电路。
FPGA 的输入和输出通过引脚与外部电路连接。
三、FPGA开发流程FPGA的开发流程通常包括以下几个步骤：1. 确定需求：明确所需的功能和性能要求。
《FPGA入门学习》课件
LED闪烁设计
总结词
通过LED闪烁设计，掌握FPGA的基本控制功能和数字逻辑设计。
详细描述
LED闪烁设计是FPGA入门学习的基本项目之一，通过该设计，学习者可以了解FPGA的基本控制功能 ，掌握数字逻辑设计的基本原理和方法。LED闪烁设计通常涉及到LED灯的驱动和控制，需要学习者 掌握基本的数字逻辑门电路和时序控制。
FPGA具有并行处理和高速计算的优点，适 用于数字信号处理中的实时信号处理和算 法加速。
数字滤波器设计
频谱分析和正交变换
FPGA可以实现高性能的数字滤波器，如 FIR滤波器和IIR滤波器，用于信号降噪和特 征提取。
FPGA可以高效地实现FFT等正交变换算法 ，用于频谱分析和信号频率成分的提取。
图像处理应用
优化设计技巧
时序优化
讲解如何通过布局布线、时序分析等手段优化 FPGA设计，提高时序性能。
资源共享
介绍如何通过资源共享减少FPGA资源占用，提 高设计效率。
流水线设计
讲解如何利用流水线设计技术提高系统吞吐量。
硬件仿真与调试技术
仿真工具使用
介绍常用HDL仿真工具（如ModelSim）的使用方法 。
03
CATALOGUE
FPGA开发实战
数字钟设计
总结词
通过数字钟设计，掌握FPGA的基本开发流程和硬件描述语言的应用。
详细描述
数字钟设计是FPGA入门学习的经典项目之一，通过该设计，学习者可以了解FPGA开 发的基本流程，包括设计输入、综合、布局布线、配置下载等。同时，数字钟设计也涉 及到硬件描述语言（如Verilog或VHDL）的应用，学习者可以掌握基本的逻辑设计和
基础语言。
FPGA开发流程
fpga笔试题知识点汇总
fpga笔试题知识点汇总
FPGA（现场可编程门阵列）的笔试题目通常会考察以下几个方面的知识点：
1. 数字电路设计基础：理解数字电路的基本原理，包括逻辑门、触发器、寄存器、移位器等基本元件的工作原理和特性。
2. 硬件描述语言：熟悉硬件描述语言（如VHDL或Verilog）的使用，理解这些语言的基本语法、结构、行为和功能描述。
3. FPGA开发工具：了解并熟悉FPGA开发工具，如Xilinx ISE、Vivado，Altera Quartus等，理解这些工具的基本操作和使用方法。
4. FPGA设计流程：理解FPGA设计的流程，包括设计输入、综合、布局布线、时序分析、仿真等步骤，并能根据流程进行设计。
5. 逻辑设计：理解并能够进行基本的逻辑设计，如组合逻辑、时序逻辑等，并理解这些设计在FPGA上的实现方式。
6. 数字信号处理：理解数字信号处理的基本原理和方法，包括滤波器设计、FFT变换等，并理解这些方法在FPGA上的实现方式。
7. 嵌入式系统设计：理解嵌入式系统设计的基本原理和方法，包括微控制器、DSP、ARM等，并理解这些系统在FPGA上的实现方式。
8. 通信协议：理解并能够进行基本的通信协议设计，如UART、SPI、I2C 等，并理解这些协议在FPGA上的实现方式。
9. 时序约束与时序分析：理解时序约束的设定原则，掌握时序分析的方法和技巧，能够进行合理的时序优化。
10. 可靠性设计：理解并能够进行基本的可靠性设计，如容错处理、故障检测与恢复等，并理解这些设计在FPGA上的实现方式。
以上是FPGA笔试中可能会涉及到的知识点，具体会根据不同的职位和招聘要求有所不同。
建议根据具体的招聘要求进行针对性的复习和准备。
FPGA学习步骤
FPGA学习步骤FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程的数字逻辑设备，具有强大的计算能力和灵活性。
学习FPGA涉及多个方面的知识和技能，以下是一个学习FPGA的步骤。
1.学习数字电路基础知识：学习数字逻辑、组合逻辑、时序逻辑、时钟域等基础知识。
了解逻辑门、多路选择器、编码器、解码器等基础组件的工作原理和常见应用。
2. 学习HDL语言：FPGA设计通常使用硬件描述语言（HDL）进行，如VHDL或Verilog。
学习HDL语言的基本语法、数据类型、运算符以及模块化设计方法。
掌握HDL语言的基本语法和常用语句，能够编写简单的模块。
同时，了解设计模块之间的连接和通信方式。
3. 熟悉开发工具：选择一款FPGA开发工具，如Xilinx ISE、Altera Quartus等，并熟悉其使用方法。
掌握工具的安装、项目的创建、仿真、烧写等基本操作。
了解工具中提供的IP核和库函数，以及如何使用这些资源来简化设计过程。
4.学习FPGA体系结构：了解FPGA的基本组成元件和工作原理，包括可编程逻辑单元（PLU）、片上存储器（BRAM）和片上时钟管理等。
熟悉FPGA的时序特性和时钟域设计方法，掌握时钟驱动设计的原则和技巧。
5.设计简单的数字逻辑电路：从简单的数字逻辑电路开始，如全加器、加法器、乘法器等。
通过HDL语言编写这些电路的设计和仿真测试，然后在FPGA上实现并验证电路功能。
通过不断实践，加深对数字逻辑电路设计和FPGA实现的理解。
6.学习FPGA高级应用：掌握FPGA高级应用的设计方法，如时序逻辑设计、状态机设计、数据通路设计等。
了解时分复用（TDM）、频分复用（FDM）、空分复用（SDM）等常用数据传输方式的原理。
学习高级FPGA设计技术，如流水线设计、多周期设计、并行设计等。
7.学习FPGA外设接口：了解FPGA的外设接口标准，如UART、SPI、I2C、PCIe等，以及各种外设的工作原理和接口电路设计。
fpga数字电路基础
fpga数字电路基础FPGA数字电路基础数字电路是现代电子技术的基础，而FPGA（Field-Programmable Gate Array）数字电路则是数字电路的一种重要形式。
本文将从FPGA的基本概念、工作原理、应用领域等方面介绍FPGA数字电路的基础知识。
一、FPGA的基本概念FPGA是一种可编程逻辑器件，它由可编程逻辑单元（PLU）、可编程互连资源（PIR）和可编程输入输出单元（PIO）等组成。
PLU是FPGA的核心部分，它由多个可编程逻辑门组成，可以实现各种逻辑功能。
PIR用于连接不同的PLU，形成不同的逻辑电路。
PIO则用于与外部设备进行通信。
二、FPGA的工作原理FPGA的工作原理可以简单描述为：根据用户编写的HDL （Hardware Description Language）代码，通过编译和综合工具将其转化为FPGA可识别的比特流文件，然后将该文件下载到FPGA芯片中，从而实现所需的数字电路功能。
三、FPGA的应用领域由于FPGA具有灵活可重构的特性，因此在各个领域都有广泛的应用。
以下是几个典型的应用领域：1. 通信领域：FPGA可以实现各种通信协议的解析、编码和解码，常用于无线通信系统、卫星通信系统等。
2. 图像处理领域：FPGA可以实现图像采集、图像处理和图像识别等功能，常用于数字摄像机、医疗影像设备等。
3. 数据存储与处理领域：FPGA可以实现数据的存储、处理和传输等功能，常用于数据库系统、数据中心等。
4. 工业控制领域：FPGA可以实现逻辑控制、运动控制和故障检测等功能，常用于工业自动化设备、机器人等。
5. 汽车电子领域：FPGA可以实现汽车电子系统的控制和管理，常用于发动机控制、车载娱乐系统等。
四、FPGA的优势与局限FPGA作为一种可编程逻辑器件，具有以下几个优势：1. 灵活可重构：FPGA可以根据需求进行灵活的硬件配置，支持实时更新和修改。
2. 高性能：FPGA可以实现并行处理，具有较高的运算速度和处理能力。
fpga基础练习题
fpga基础练习题FPGA（现场可编程门阵列）是一种用于实现数字逻辑电路的集成电路技术。
它具有可编程性和灵活性，因此在许多领域都得到广泛应用。
为了帮助大家更好地理解和掌握FPGA的基础知识，以下是一些FPGA基础练习题。
练习题一：FPGA的基本概念描述FPGA的基本原理和特点，并说明FPGA与ASIC（应用特定集成电路）的区别和联系。
练习题二：FPGA的编程语言介绍FPGA常用的编程语言，如VHDL（VHSIC硬件描述语言）和Verilog HDL（硬件描述语言），并比较它们的特点和适用场景。
练习题三：FPGA开发流程以Xilinx为例，详细描述FPGA的开发流程，包括项目创建、设计实现、综合与仿真、下载到FPGA板等步骤，并提及常见的开发工具和软件。
练习题四：FPGA的时序设计解释FPGA的时序设计概念，包括时钟、时钟周期、时钟频率、时钟约束等，并说明如何进行时序约束和时序分析。
练习题五：FPGA的布局布线讨论FPGA的布局布线问题，包括寄存器布局、时钟布线、关键路径等内容，并介绍常用的布局布线工具和技术。
练习题六：FPGA的资源利用说明如何合理利用FPGA的资源，包括LUT（查找表）、片上RAM（Random Access Memory）、DSP（Digital Signal Processing）等，并给出相应的应用示例。
练习题七：FPGA应用案例选择一个具体的应用领域（如通信、图像处理等），并描述FPGA在该领域中的应用案例，包括设计思路、实现方法和性能指标等。
练习题八：FPGA的优缺点总结FPGA的优点和缺点，分析其在不同应用场景中的适用性，并展望FPGA技术的发展趋势。
通过完成以上FPGA基础练习题，相信大家能够更加深入地了解和掌握FPGA的基本概念、编程语言、开发流程、时序设计、布局布线、资源利用、应用案例以及优缺点等方面的知识。
祝愿大家在FPGA的学习和应用中取得好成果！。
fpga培训
fpga培训FPGA，即Field Programmable Gate Array，是一种可编程逻辑型芯片，可根据用户设计需求，在设备制造阶段或生产后进行重新编程。
FPGA的高灵活性和可重构性使其成为嵌入式系统和数字电路设计的重要工具。
FPGA的原理和应用FPGA的核心部分是由可编程逻辑单元组成的逻辑矩阵阵列。
逻辑单元是由可编程逻辑门组成的，它们可以连接在一起，形成任何形状和大小的逻辑电路。
FPGA的应用领域广泛，包括通信、计算机网络、数字信号处理、高性能计算、飞行器和汽车电子等。
FPGA的灵活性和可重构性使得它在新兴领域和快速发展的技术中具有重要作用。
例如，在区块链和人工智能领域，FPGA可以帮助加速运算和提高效率。
FPGA培训的基本知识FPGA培训最基础的知识包括数字电路、Verilog语言和FPGA开发工具。
数字电路是FPGA设计的基础，所以需要学习数字电路的基本原理。
Verilog是一种常用的硬件描述语言，它可以帮助开发人员描述FPGA中的各种逻辑单元和电路模块。
FPGA开发工具包括Vivado、Quartus等，需要学习工具的基础使用和FPGA硬件开发流程。
FPGA培训的课程设置FPGA培训的课程设置根据不同培训机构和学校的要求会有所不同，但通常包括以下内容：1. 数字电路基础知识：数字电路的基本原理和逻辑门的应用等。
2. Verilog语言：Verilog语言的语法和使用方法，包括基本语法和关键字等。
3. FPGA开发工具：FPGA开发工具的使用和开发流程，包括Vivado和Quartus等。
4. FPGA设计：FPGA设计的基本原理和步骤，包括普通逻辑电路和状态机等。
5. FPGA应用实践：FPGA在各个应用领域中的具体应用，例如汽车电子、数字信号处理等。
FPGA培训的适用人群FPGA培训适合对数字电路和嵌入式系统开发有基础和兴趣的学生、工程师和开发人员。
此外，需要注意的是，由于FPGA培训的知识较为专业，因此对于完全没有编程或电路基础的人群来说可能较为困难。
新手的FPGA学习必备的四个基础知识详解
新手的FPGA学习必备的四个基础知识详解FPGA已成为现今的技术热点之一，无论学生还是工程师都希望跨进FPGA 的大门。
网络上各种开发板、培训班更是多如牛毛，仿佛在告诉你不懂FPGA你就OUT 啦。
那么我们要玩转FPGA必须具备哪些基础知识呢？下面我们慢慢道来。
（一）要了解什么是FPGA既然要玩转FPGA，那我们首先最重要的当然是要了解什么FPGA。
FPGA （Field-Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列。
看到编程两个字码农就笑了，不就是编程嘛，那可是我们的强项。
且慢，此编程非彼编程。
一定要把FPGA的编程和软件编程区分开来。
软件的编程，处理器会逐条的把语言翻译成各种控制信号，去控制内部电路完成一个个运算或操作。
那么FPGA的编程是怎么实现的呢？无论Altera家还是Xlinix家的FPGA，叫法有什么差异，基本单元都相似，都是由真值表和D触发器构成。
改变真值表的值就改变了逻辑功能，再通过和D触发器组合来实现任何时序逻辑。
所以我们对FPGA的编程，实际上就是去修改这些真值表和连接关系，使他们组成一张专门的真值表，去实现特定的功能。
这和软件编程一步步运行程序有本质的区别。
要想玩转FPGA，就必须理解FPGA内部的工作原理，学习如何利用这些单元实现复杂的逻辑设计。
（二）正确理解HDL语言HDL（Hardware DescripTIon Language），硬件描述语言。
通过名称我们能看出来，HDL 语言是一种描述语言，这一点和C语言是有本质区别的。
正确理解描述的含义，对学好HDL语言很有帮助。
HDL语言只是用文本的方式把硬件电路描述出来。
我们在阅读HDL 程序的时候，在脑子里应该能反映出一个完整的硬件电路结构。
从另一方面说，我们在编写HDL语言之前，就已经对要实现的电路有清晰的概念。
所以HDL语言只是一个描述我们头脑中具体电路的工具，玩转FPGA的根本不是语言而是逻辑电路设计。
FPGA零基础入门班
工作原理：通过按键输入信号，FPGA处理并执行相应操作
设计流程：按键输入信号采集、按键状态判断、按键处理逻辑设计
实例分析：基于FPGA的按键输入与处理系统设计
FPGA进阶学习与拓展
PART 05
FPGA高级编程技巧
掌握Verilog/VHDL等硬件描述语言
理解FPGA内部结构，如CLB、IOB、PLL等
编程方式：使用硬件描述语言（HDL）进行编程
设计流程：编写代码、综合、布局布线、仿真、调试、实现
FPGA开发流程
需求分析：明确FPGA需要实现的功能
设计输入：编写Verilog或VHDL等硬件描述语言代码
综合：将硬件描述语言代码转换为门级网表
布局布线：根据门级网表进行布局布线，生成物理级网表
仿真验证：使用仿真工具对设计进行功能验证和时序验证
1990年代，FPGA开始广泛应用于通信、军事、航天等领域
2020年代，FPGA在AI、大数据、云计算等领域的应用越来越广泛
FPGA基本结构
FPGA芯片：包含可编程逻辑块、输入输出块、互连资源等
可编程逻辑块：实现各种逻辑功能的基本单元
输入输出块：与外部设备进行数据交互的接口
互连资源：实现逻辑块之间信号传递的通道
硬件仿真器配置：在Quartus Prime中设置FPGA型号、时钟频率、I/O端口等参数。
硬件仿真器使用：在Quartus Prime中编写测试程序，编译、下载到FPGA，观察仿真结果。
硬件仿真器安装：下载并安装相应的硬件仿真器软件，如Quartus Prime。
FPGA编程语言与设计方法
PART 03
学习高级时序控制技巧，如异步时钟处理、多时钟域设计等
掌握高级功能实现方法，如FIFO、RAM、乘法器等
FPGA零基础新手入门
数字信号处理设计实践
数字信号处理概述：介绍数字信号处理的基本概念、原理和应用领域。
数字滤波器设计：讲解数字滤波器的原理、类型和设计方法，以及在FPGA 上的实现方式。
频域分析：介绍频域分析的基本原理、方法和应用，以及在FPGA上的实现 方式。
数字信号处理算法优化：讲解常用数字信号处理算法的优化方法，以及在 FPGA上的实现方式。
开发工具： Vivado、 Vivado HL、 Vivado HLS等
安装步骤：下载 安装包、运行安 装程序、按照提 示进行安装
配置步骤：启动 开发工具、选择 合适的FPGA器 件型号、配置IP 核、设置约束文 件等
常见问题及解决 方法：安装失败、 配置错误等问题 的解决方法
03
FPGA编程语言基础
功耗优化技巧
动态功耗管理：通过关闭不使用的资源来降低功耗 时钟门控：减少不必要的时钟信号，降低功耗 优化算法：选择低功耗算法，避免资源浪费 硬件优化：使用低功耗硬件，如低功耗存储器
可靠性优化技巧
冗余设计：在 关键路径上增 加冗余模块， 提高系统的可
靠性
容错技术：采 用奇偶校验、 循环冗余校验 等技术，检测
通信系统设计实践
基于FPGA的通信系统设计流程
通信协议栈的实现与优化
添加标题
添加标题
通信系统硬件平台选择与搭建
添加标题
添加标题
通信系统的测试与验证
图像处理设计实践
使用FPGA实现 图像采集
基于FPGA的图 像预处理算法实 现
基于FPGA的图 像特征提取与匹 配
基于FPGA的图 像压缩与传输
05
HDL语言简介
HDL定义：硬件描述语言，用于描述数字电路和系统行为的语言 HDL功能：描述逻辑电路的行为和结构，支持逻辑合成和验证 HDL种类：Verilog和VHDL是最常用的两种HDL语言 HDL编程：采用文本编辑器或集成开发环境进行编程
fpga初级证书考试试题
fpga初级证书考试试题FPGA初级证书考试试题随着科技的不断发展，计算机技术也在不断进步。
在这个信息化时代，人们对于计算机硬件的需求越来越高。
而FPGA（Field-Programmable Gate Array）作为一种可编程逻辑器件，正逐渐受到人们的关注和重视。
为了提高FPGA技术的普及和应用水平，许多机构和组织纷纷推出了相应的FPGA认证考试，其中初级证书考试是入门级别的考试，下面我们一起来看一下FPGA初级证书考试的试题。
一、基础知识篇1. 什么是FPGA？2. FPGA的基本结构是什么？请简要描述。
3. FPGA和ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）有什么区别和联系？4. 请简述FPGA的编程方式。
5. 什么是时钟分频？在FPGA中有什么应用？二、硬件描述语言篇1. 什么是硬件描述语言（HDL）？请列举常用的HDL。
2. 请简述VHDL和Verilog这两种HDL的特点和应用场景。
3. 在FPGA开发中，HDL有什么作用？请举例说明。
4. 请简述FPGA开发中常用的开发工具和软件。
三、FPGA设计篇1. 请简述FPGA设计的基本流程。
2. 在FPGA设计中，时钟的选择和布线有什么注意事项？3. 请简述FPGA设计中的时序约束和时序分析。
4. 在FPGA设计中，如何进行时序优化？5. 请简述FPGA设计中的时钟域和异步复位。
四、FPGA应用篇1. 请列举一些常见的FPGA应用领域。
2. 在FPGA应用中，如何进行资源的优化和利用？3. 请简述FPGA在数字信号处理（DSP）领域中的应用。
4. 在FPGA应用中，如何进行功耗优化？五、FPGA调试篇1. 请简述FPGA调试的基本原理和方法。
2. 在FPGA调试中，如何解决时序问题和时序违规？3. 请简述FPGA调试中的时钟和复位问题。
4. 在FPGA调试中，如何进行信号采集和波形分析？六、FPGA发展趋势篇1. 请简述FPGA的发展历程和现状。
0基础小白如何制定fpga学习计划
0基础小白如何制定fpga学习计划在当今科技日新月异的时代，硬件编程越来越受到重视，FPGA（Field-Programmable Gate Array）作为一种可编程的逻辑芯片，在各种应用领域都有着广泛的应用。
而对于0基础小白而言，想要学习FPGA编程可能会感到困惑和迷茫。
因此，本文将为0基础小白制定一份FPGA学习计划，帮助他们逐步掌握FPGA编程的相关知识和技能。
第一阶段：入门基础1.了解FPGA的基本概念FPGA是一种可编程逻辑芯片，它可以通过编程来实现不同的逻辑功能。
小白需要了解FPGA的基本原理和结构，包括FPGA的硬件资源、布线和时序控制等方面的知识。
2.学习Verilog或VHDL语言Verilog和VHDL是FPGA编程的两种主流语言，小白可以选择其中一种语言进行学习。
通过学习Verilog或VHDL语言，理解逻辑门、组合逻辑、时序电路等基本概念，并能够编写简单的逻辑电路代码。
3.掌握常用的FPGA开发工具在学习FPGA编程过程中，开发工具是必不可少的。
小白可以选择常用的FPGA开发工具，如Quartus、Vivado等，并学习其基本操作和使用方法。
第二阶段：深入学习1.学习FPGA的高级应用除了基本的逻辑设计外，FPGA还可以应用在数字信号处理、通信系统、图像处理等领域。
小白可以学习FPGA的高级应用，了解FPGA在各个领域的具体应用场景和实现方法。
2.了解FPGA的硬件架构FPGA的硬件架构包括逻辑单元、存储单元、时序控制等部分，小白可以深入学习FPGA的硬件架构，理解FPGA内部的工作原理和结构。
3.实践项目通过实践项目，小白可以将理论知识与实际应用相结合，提高自己的编程能力。
可以选择一些简单的FPGA项目，如LED灯控制、数码管显示、信号发生器等，逐步提高自己的编程和调试能力。
第三阶段：提升水平1.参加FPGA竞赛或比赛参加FPGA竞赛或比赛是一个锻炼自己的好机会，通过参加比赛，小白可以将自己的FPGA编程能力与他人进行比拼，在竞赛中学习和提高。
fpga编程基础
FPGA产品种类多种多样，但原理都是相同的。
我们只要理解了其基本结构，学习起来还是非常轻松的。
在介绍FPGA之前，先对数字电路中所学的知识做一个简单的回顾。
现如今的集成电路绝大部分采用CMOS工艺，CMOS电路是互补型金属氧化物半导体电路(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)的英文字头缩写，它由绝缘场效应晶体管组成，由于只有一种载流子，因而是一种单极型晶体管集成电路，其基本结构是一个N沟道MOS管和一个P沟道MOS管。
NMOS和PMOS可以认为是两种开关电路，两种电路均包含G（栅极）、D（漏极）、S（源极）三个极：对于NMOS，当G为高电平时，D、S导通，否则截止对于PMOS，当G为低电平时，D、S导通，否则截止一个NMOS和一个PMOS可构成一个CMOS反相器：vi为高电平时，PMOS截止，NMOS导通，vo输出低电平vi为低电平时，PMOS导通，NMOS截止，vo输出高电平其逻辑表达式可写成：同理，可构成CMOS的与非门、或非门通过非门、与非门、或非门可实现所有的组合逻辑电路，多个与非门可组成一个带有复位、置位功能的D触发器，而D触发器则是时序逻辑电路的最核心部件。
由此可知，通过非门、与非门、或非门的有序堆叠，可实现任意功能的数字电路，如果有一款电路，其基本单元可配置成各种基本门，则其就具备了硬件编程能力。
FPGA 就是这种芯片，它基于查找表（LUT：Look Up Table）技术的可编程逻辑器件，通过配置，LUT可实现与门、或门、与非门、或非门或者其他简单组合逻辑功能，其本质上就是1bit位宽的RAM我们以一个2输入的查找表为例，来做讲解以目前比较流行的Spartan6芯片为例，来说明其最底层便是一个6输入查找表（可拆成两个5输入LUT使用）以及两个D触发器的结构Slice是Xilinx FPGA的最基本单元，包含4个6输入LUT及8个D触发器Xilinx的FPGA中包含三类Slice ：SliceL、SliceM、SliceX，三类slice本质上是相同的，只不过在细节上有一些差别，此处不再详细展开。
fpga基础知识
fpga基础知识
FPGA（Field Programmable Gate Array），是一种可编程逻辑器件，它是一种集成电路芯片，与ASIC（Application Specific Integrated Circuit）和微处理器不同，FPGA不是预先设计好的芯片，而是可以根据用户的需要进行定制化设计的芯片。
FPGA的主要特点是：可编程性、灵活性和可重构性。
FPGA的基础知识包括：
1.器件结构：FPGA由可编程逻辑单元（CLB）、可编程输入输出单元（IOB）、时钟管理器（Clock Manager）和全局路由器（Global Router）等部分组成。
2.CLB：CLB是FPGA的基本单元，包括查找表（LUT）、触发器（FF）和多路选择器（MUX）等，可以实现各种逻辑功能。
3.IOB：IOB是FPGA与外部环境交互的接口，包括输入输出引脚、电平转换器、上拉电阻等。
4.时钟管理器：时钟管理器用于产生、分配和缓存时钟信号，保证时序的正确性。
5.全局路由器：全局路由器是FPGA内部信号的主要传输路径，它连接了FPGA内部的所有资源，包括CLB、IOB、时钟管理器等。
6.配置方式：FPGA的配置方式包括SRAM配置、Flash配置和Antifuse配置等。
7.设计流程：FPGA设计流程包括设计、仿真、综合、布局布线和配置等步骤。
FPGA具有广泛的应用领域，如数字信号处理、图像处理、通信系统、计算机网络、嵌入式系统等。
由于其可重构性和灵活性，FPGA
可以根据具体应用的需求进行定制化设计，相对于ASIC和微处理器具有更高的性能和更快的开发速度。
FPGA学习需要哪些东西？
FPGA学习需要哪些东西？作为一个FPGA初级工程师，分享一下我的经验，FPGA作为一个将设计者的设计方法实现的工具。
学习FPGA的最终目的，就是能够熟练应用并且在规定时间段内，设计出完美的时序逻辑电路。
我以为应该从以下六方面着手：一、数字电路等基础知识FPGA是一个可编程逻辑器件。
在学习FPGA之前，必须熟练掌握乃至精通数字电路的知识如：组合逻辑电路（译码器、编码器、逻辑门）、时序逻辑电路（RAM、ROM、触发器、计数器、FIFO、双口RAM等）、数制与编码（常用的几种编码格式尤其是独热码）、状态机、接口与、时序图（SPI、I2C、USB等）、波形图。
有些知识可能在开发时你容易忽略如，亚稳态、开关噪声（SSN）。
这些基础知识都要学习。
二、FPGA的内部结构了解FPGA内部结构，有助于方案器件选型与解决方案设计。
也是对FPGA器件使用的最基本要求。
三、FPGA的开发与调试FPGA开发包含开发工具和开发语言的选择。
开发FPGA的厂商很多，如Intel Altera，Xilinx等。
所以需要针对一门开发工具和仿真工具进行学习。
开发工具包含设计工具和仿真工具（如modelsim、QuestaSim）。
然后再根据不同的开发工具选择不同的开发流程。
具体工具入门可参考网上相关教程。
开发语言可选Verilog HDL 与VHDL 其中一种进行学习，随后根据需要可以再学习另一门语言。
语言学习时，需要注意编写规范。
FPGA的调试是比较复杂的一个过程，包含板级调试和算法调试。
算法调试必须借助JTAG调试接口与相关工具（逻辑分析仪、示波器、MATLAB）进行。
因此必须掌握JTAG、逻辑分析仪、示波器、MATLAB等相关工具使用。
四、FPGA的系统级设计如果未来准备从事板级类开发，就要学习FPGA外围硬件原理图。
涉及到电源设计（LDO、DC-DC）、接口电路（SPI、CAMISP、总线）、外设硬件（ADC、DAC、驱动器）、时钟模块等部分。
异构计算FPGA基础知识
异构计算FPGA基础知识FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种逻辑门阵列的集成电路，具有可编程的逻辑功能，在电子产品开发中有着广泛的应用。
相比于传统的专用集成电路（ASIC），FPGA具有更高的灵活性和可重配置性。
FPGA的基础知识包括其结构、工作原理和应用领域。
FPGA的结构主要由配置逻辑单元（Configurable Logic Blocks，CLB）、输入输出单元（Input/Output Blocks，IOB）和连接资源组成。
配置逻辑单元是FPGA的逻辑核心，用于实现各种逻辑功能。
输入输出单元用于与外部设备进行通信。
连接资源则用于连接各个配置逻辑单元和输入输出单元，以实现各个逻辑模块之间的通信。
FPGA的优点在于其可重复配置的性质，使得其在电子产品开发中具有广泛的应用。
首先，FPGA可以实现快速原型设计，缩短产品开发周期。
传统的硬件开发需要进行大量的设计、制造和测试，而FPGA可以通过软件配置逻辑实现，节省了很多时间和资源。
其次，FPGA具有高度灵活性，可以随时更改其功能，适应不同的需求变化。
此外，FPGA还具有较高的性能和功耗优化效果，可以满足不同应用的要求。
FPGA在电子产品开发中的应用非常广泛。
例如，在通信领域，FPGA可以用于实现各种协议的数据处理和转换，如以太网、USB、HDMI等。
在数字信号处理领域，FPGA可以用于音视频处理、图像处理等。
在控制系统中，FPGA可以实现复杂的控制算法和逻辑运算。
此外，FPGA还广泛应用于航天、军事、医疗设备等领域。
与ASIC相比，FPGA的缺点在于其相对较高的成本和较低的性能。
由于FPGA具有可编程性，其制造成本比ASIC要高，且相对性能较低。
因此，在一些需要高性能和大规模集成电路的应用中，ASIC更具优势。
总结起来，FPGA是一种具有可编程逻辑功能的集成电路，具有高度灵活性和可重复配置的特点，能够在电子产品开发中快速原型设计，满足多种应用需求。
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（一）查找表LUT与编程方式第一部分：查找表LUTFPGA就是在PAL、GAL、EPLD、CPLD等可编程器件得基础上进一步发展得产物。
它就是作为ASIC领域中得一种半定制电路而出现得，即解决了定制电路得不足，又克服了原有可编程器件门电路有限得缺点。
由于FPGA需要被反复烧写，它实现组合逻辑得基本结构不可能像ASIC那样通过固定得与非门来完成，而只能采用一种易于反复配置得结构。
查找表可以很好地满足这一要求，目前主流FPGA都采用了基于SRAM工艺得查找表结构，也有一些军品与宇航级FPGA采用Flash或者熔丝与反熔丝工艺得查找表结构。
通过烧写文件改变查找表内容得方法来实现对FPGA得重复配置。
根据数字电路得基本知识可以知道，对于一个n输入得逻辑运算，不管就是与或非运算还就是异或运算，最多只可能存在2n种结果。
所以如果事先将相应得结果存放于一个存贮单元，就相当于实现了与非门电路得功能。
FPGA得原理也就是如此，它通过烧写文件去配置查找表得内容，从而在相同得电路情况下实现了不同得逻辑功能。
查找表（Look-Up-Table）简称为LUT，LUT本质上就就是一个RAM。
目前FPGA 中多使用4输入得LUT，所以每一个LUT可以瞧成一个有4位地址线得RAM。
当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，PLD/FPGA开发软件会自动计算逻辑电路得所有可能结果，并把真值表（即结果）事先写入RAM，这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应得内容，然后输出即可。
下面给出一个4与门电路得例子来说明LUT实现逻辑功能得原理。
例1-1给出一个使用LUT实现4输入与门电路得真值表。
从中可以瞧到，LUT具有与逻辑电路相同得功能。
实际上，LUT具有更快得执行速度与更大得规模。
第二部分：编程方式由于基于LUT得FPGA具有很高得集成度，其器件密度从数万门到数千万门不等，可以完成极其复杂得时序与逻辑组合逻辑电路功能，所以适用于高速、高密度得高端数字逻辑电路设计领域。
其组成部分主要有可编程输入/输出单元、基本可编程逻辑单元、内嵌SRAM、丰富得布线资源、底层嵌入功能单元、内嵌专用单元等，主要设计与生产厂家有Xilinx、Altera、Lattice、Actel、Atmel与QuickLogic等公司，其中最大得就是Xilinx、Altera、Lattice三家。
FPGA就是由存放在片内得RAM来设置其工作状态得，因此工作时需要对片内RAM进行编程。
用户可根据不同得配置模式，采用不同得编程方式。
FPGA有如下几种配置模式：1、并行模式：并行PROM、Flash配置FPGA；2、主从模式：一片PROM配置多片FPGA；3、串行模式：串行PROM配置FPGA；4、外设模式：将FPGA作为微处理器得外设，由微处理器对其编程。
目前，FPGA市场占有率最高得两大公司Xilinx与Altera生产得FPGA都就是基于SRAM工艺得，需要在使用时外接一个片外存储器以保存程序。
上电时，FPGA将外部存储器中得数据读入片内RAM，完成配置后，进入工作状态；掉电后FPGA恢复为白片，内部逻辑消失。
这样FPGA不仅能反复使用，还无需专门得FPGA编程器，只需通用得EPROM、PROM编程器即可。
Actel、QuickLogic等公司还提供反熔丝技术得FPGA，只能下载一次，具有抗辐射、耐高低温、低功耗与速度快等优点，在军品与航空航天领域中应用较多，但这种FPGA不能重复擦写，开发初期比较麻烦，费用也比较昂贵。
Lattice就是ISP技术得发明者，在小规模PLD应用上有一定得特色。
早期得Xilinx产品一般不涉及军品与宇航级市场，但目前已经有Q Pro-R等多款产品进入该类领域。
（二）FPGA芯片结构目前主流得FPGA仍就是基于查找表技术得，已经远远超出了先前版本得基本性能，并且整合了常用功能（如RAM、时钟管理与DSP）得硬核（ASIC型）模块。
如图1-1所示（注：图1-1只就是一个示意图，实际上每一个系列得FPGA都有其相应得内部结构），FPGA芯片主要由6部分完成，分别为：可编程输入输出单元、基本可编程逻辑单元、完整得时钟管理、嵌入块式RAM、丰富得布线资源、内嵌得底层功能单元与内嵌专用硬件模块。
每个模块得功能如下：1．可编程输入输出单元（IOB）可编程输入/输出单元简称I/O单元，就是芯片与外界电路得接口部分，完成不同电气特性下对输入/输出信号得驱动与匹配要求，其示意结构如图1-2所示。
FPGA内得I/O按组分类，每组都能够独立地支持不同得I/O标准。
通过软件得灵活配置，可适配不同得电气标准与I/O物理特性，可以调整驱动电流得大小，可以改变上、下拉电阻。
目前，I/O口得频率也越来越高，一些高端得FPGA通过DDR寄存器技术可以支持高达2Gbps得数据速率。
外部输入信号可以通过IOB模块得存储单元输入到FPGA得内部，也可以直接输入FPGA 内部。
当外部输入信号经过IOB模块得存储单元输入到FPGA内部时，其保持时间（Hold Time）得要求可以降低，通常默认为0。
为了便于管理与适应多种电器标准，FPGA得IOB被划分为若干个组（bank），每个bank得接口标准由其接口电压VCCO决定，一个bank只能有一种VCCO，但不同bank得VCCO可以不同。
只有相同电气标准得端口才能连接在一起，VCCO电压相同就是接口标准得基本条件。
2．可配置逻辑块（CLB）CLB就是FPGA内得基本逻辑单元。
CLB得实际数量与特性会依器件得不同而不同，但就是每个CLB都包含一个可配置开关矩阵，此矩阵由4或6个输入、一些选型电路（多路复用器等）与触发器组成。
开关矩阵就是高度灵活得，可以对其进行配置以便处理组合逻辑、移位寄存器或RAM。
在Xilinx公司得FPGA器件中，CLB由多个（一般为4个或2个）相同得Slice与附加逻辑构成，如图1-3所示。
每个CLB模块不仅可以用于实现组合逻辑、时序逻辑，还可以配置为分布式RAM与分布式ROM。
Slice就是Xilinx公司定义得基本逻辑单位，其内部结构如图1-4所示，一个Slice由两个4输入得函数、进位逻辑、算术逻辑、存储逻辑与函数复用器组成。
算术逻辑包括一个异或门（XORG）与一个专用与门（MULTAND），一个异或门可以使一个Slice实现2bit全加操作，专用与门用于提高乘法器得效率；进位逻辑由专用进位信号与函数复用器（MUXC）组成，用于实现快速得算术加减法操作；4输入函数发生器用于实现4输入LUT、分布式RAM 或16比特移位寄存器（Virtex-5系列芯片得Slice中得两个输入函数为6输入，可以实现6输入LUT或64比特移位寄存器）；进位逻辑包括两条快速进位链，用于提高CLB模块得处理速度。
3．数字时钟管理模块（DCM）业内大多数FPGA均提供数字时钟管理（Xilinx得全部FPGA均具有这种特性）。
Xilinx推出最先进得FPGA提供数字时钟管理与相位环路锁定。
相位环路锁定能够提供精确得时钟综合，且能够降低抖动，并实现过滤功能。
4．嵌入式块RAM（BRAM）大多数FPGA都具有内嵌得块RAM，这大大拓展了FPGA得应用范围与灵活性。
块RAM 可被配置为单端口RAM、双端口RAM、内容地址存储器（CAM）以及FIFO等常用存储结构。
RAM、FIFO就是比较普及得概念，在此就不冗述。
CAM存储器在其内部得每个存储单元中都有一个比较逻辑，写入CAM中得数据会与内部得每一个数据进行比较，并返回与端口数据相同得所有数据得地址，因而在路由得地址交换器中有广泛得应用。
除了块RAM，还可以将FPGA中得LUT灵活地配置成RAM、ROM与FIFO等结构。
在实际应用中，芯片内部块RAM得数量也就是选择芯片得一个重要因素。
例如：单片块RAM得容量为18k比特，即位宽为18比特、深度为1024，可以根据需要改变其位宽与深度，但要满足两个原则：首先，修改后得容量（位宽深度）不能大于18k比特；其次，位宽最大不能超过36比特。
当然，可以将多片块RAM级联起来形成更大得RAM，此时只受限于芯片内块RAM得数量，而不再受上面两条原则约束。
5．丰富得布线资源布线资源连通FPGA内部得所有单元，而连线得长度与工艺决定着信号在连线上得驱动能力与传输速度。
FPGA芯片内部有着丰富得布线资源，根据工艺、长度、宽度与分布位置得不同而划分为４类不同得类别。
第一类就是全局布线资源，用于芯片内部全局时钟与全局复位/置位得布线；第二类就是长线资源，用以完成芯片Bank间得高速信号与第二全局时钟信号得布线；第三类就是短线资源，用于完成基本逻辑单元之间得逻辑互连与布线；第四类就是分布式得布线资源，用于专有时钟、复位等控制信号线。
在实际中设计者不需要直接选择布线资源，布局布线器可自动地根据输入逻辑网表得拓扑结构与约束条件选择布线资源来连通各个模块单元。
从本质上讲，布线资源得使用方法与设计得结果有密切、直接得关系。
6．底层内嵌功能单元内嵌功能模块主要指DLL（Delay Locked Loop）、PLL（Phase Locked Loop）、DSP与CPU等软处理核（Soft Core）。
现在越来越丰富得内嵌功能单元，使得单片FPGA成为了系统级得设计工具，使其具备了软硬件联合设计得能力，逐步向SOC平台过渡。
DLL与PLL具有类似得功能，可以完成时钟高精度、低抖动得倍频与分频，以及占空比调整与移相等功能。
Xilinx公司生产得芯片上集成了DLL，Altera公司得芯片集成了PLL，Lattice公司得新型芯片上同时集成了PLL与DLL。
PLL 与DLL可以通过IP核生成得工具方便地进行管理与配置。
DLL得结构如图1-5所示。
1、内嵌专用硬核内嵌专用硬核就是相对底层嵌入得软核而言得，指FPGA处理能力强大得硬核（Hard Core），等效于ASIC电路。
为了提高FPGA性能，芯片生产商在芯片内部集成了一些专用得硬核。
例如：为了提高FPGA得乘法速度，主流得FPGA 中都集成了专用乘法器；为了适用通信总线与接口标准，很多高端得FPGA内部都集成了串并收发器（SERDES），可以达到数十Gbps得收发速度。
Xilinx公司得高端产品不仅集成了Power PC系列CPU，还内嵌了DSP Core模块，其相应得系统级设计工具就是EDK与Platform Studio，并依此提出了片上系统（System on Chip）得概念。
通过PowerPC、Miroblaze、Picoblaze等平台，能够开发标准得DSP处理器及其相关应用，达到SOC得开发目得。
（1）软核软核在EDA设计领域指得就是综合之前得寄存器传输级（RTL）模型；具体在FPGA设计中指得就是对电路得硬件语言描述，包括逻辑描述、网表与帮助文档等。