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基础知识PPT课件
.
18
基本可编程逻辑单元
由查找表(Look up table)触发器(FF)组成；
LUT一般是4输入查找表，高端器件（xilinx v5）采用LUT-6结构； LUT可看成4位地址线的16x1的RAM 结构
FF是可编程的触发器，可配置成同步/异步复位、同步/异步置位、 使能、装载等功能触发器；
a,b,c,d
.
29
SOPC(System on programmable chip):片上可编 程系统 FPGA内嵌入了CPU/DSP，具备实现软硬件协同 设计的能力； Xilinx：
FPGA基于查找表加触发器的结构，采用SRAM工 艺，也有采用flash或者反熔丝工艺；主要应用高 速、高密度大的数字电路设计；
FPGA由可编程输入/输出单元、基本可编程逻辑 单元、嵌入式块RAM、丰富的布线资源（时钟/长 线/短线）、底层嵌入功能单元、内嵌专用的硬核 等组成；
目前市场上应用比较广泛的FPGA芯片主要来自 Altera与Xilinx。另外还有其它厂家的一些低端芯 片(Actel、Lattice)；
.
10
FPGA器件结构 可编程输入/输出单元 可编程逻辑单元 嵌入式块RAM 布线资源 底层嵌入功能单元
.
11
FPGA器件结构
Xilinx spatan-3器件结构
.
12
Altera cyclone II器件结构
LAB
.
13
FPGA器件结构 可编程输入/输出单元 可编程逻辑单元 嵌入式块RAM 布线资源 底层嵌入功能单元
.
5
CPLD器件结构
MAX7000 CPLD内部结构
宏单元
.
6
宏单元(乘积项)
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
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
FPGA基础知识FPGA是英文Field－Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
什么是IP核或IP库?IP核是指：将一些在数字电路中常用但比较复杂的功能块，如FIR滤波器，SDRAM控制器，PCI接口等等设计成可修改参数的模块，让其他用户可以直接调用这些模块，这样就大大减轻了工程师的负担，避免重复劳动。
随着CPLD/FPGA的规模越来越大，设计越来越复杂，使用IP核是一个发展趋势。
FPGA的宏单元是怎么定义？宏单元（或逻辑单元）是PLD/FPGA的最基本单元，不同产品对这种基本单元的叫法不同，如LE,MC,CLB,Slices等，但每个基本单元一般都包括两部分，一部分实现组合逻辑，另一部分实现时序逻辑。
各个厂家的定义可能不一样。
对ALTERA的芯片，每个基本单元含一个触发器；对Xilinx的部分芯片，每个基本单元单元含两个触发器。
一般不用“门”的数量衡量PLD/FPGA的大小，因为各家对门数的算法不一样，象ALTERA和Xilinx对门的计算结果就差了一倍，推荐用触发器的多少来衡量芯片的大小。
如10万门的Xilinx的XC2S100有1200个slices，即含2400个触发器；5万门的ALTERA的1K50则含2880个LE，即2880个触发器。
FPGA工作原理?FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。
FPGA的基本特点主要有：1）采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。
2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。
3）FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。
4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。
5) FPGA采用高速CMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。
可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。
用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。
加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA 进入工作状态。
掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA 能够反复使用。
FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。
当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。
这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。
因此，FPGA的使用非常灵活。
什么是FPGAFPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在可编程阵列逻辑PAL(Programmable Array Logic)、门阵列逻辑GAL(Gate Array Logic)、可编程逻辑器件PLD(Programmable Logic Device)等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为专用集成电路ASIC（Application Specific Integrated Circuit）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
FPGA能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU,下至简单的74系列电路，都可以用FPGA来实现。
FPGA的特点FPGA具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽等特点。
兼容了PLD和通用门阵列的优点，可实现较大规模的电路，编程也很灵活。
与门阵列等其它ASIC相比，它又具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在10,000件以下)之中。
几乎所有应用门阵列、PLD和中小规模通用数字集成电路的场合均可应用FPGA FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。
FPGA的基本特点主要有：一是采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。
二是FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。
三是FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。
四是FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。
五是FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。
可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可兼容性的最佳选择之一。
目前FPGA的品种很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。
FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。
用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。
加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。
掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。
FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。
当需要修改FPGA 功能时，只需换一片EPROM即可。
这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。
因此，FPGA的使用非常灵活。
FPGA有多种配置模式：并行主模式为一片FPGA加一片EPROM的方式；主从模式可以支持一片PROM 编程多片FPGA；串行模式可以采用串行PROM编程FPGA；外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设，由微处理器对其编程。
FPGA的基本结构FPGA具有掩膜可编程门阵列的通用结构，它由逻辑功能块排成阵列组成，并由可编程的互连资源连接这些逻辑功能块来实现不同的设计。
下面以Xilinx公司的FPGA为例，分析其结构特点。
FPGA一般由三种可编程电路和一个用于存放编程数据的静态存储器SRAM组成。
这三种可编程电路是：可编程逻辑块(Configurable Logic Block，CLB)、输入/输出模块(I/O Block，IOB)和互连资源(Interconnect Resource，IR)。
可编程逻辑块(CLB)是实现逻辑功能的基本单元，它们通常规则地排列成一个阵列，散布于整个芯片；可编程输入/输出模块(IOB)主要完成芯片上的逻辑与外部封装脚的接口，它通常排列在芯片的四周；可编程互连资源(IR)包括各种长度的连线线段和一些可编程连接开关，它们将各个CLB之间或CLB、IOB之间以及IOB之间连接起来，构成特定功能的电路。
FPGA的功能由逻辑结构的配置数据决定。
工作时，这些配置数据存放在片内的SRAM或熔丝图上。
基于SRAM的FPGA器件，在工作前需要从芯片外部加载配置数据，配置数据可以存储在片外的EPROM或其他存储体上。
用户可以控制加载过程，在现场修改器件的逻辑功能，即所谓的现场编程。
FPGA的构成单元FPGA由6部分组成，分别为可编程输入/输出单元、基本可编程逻辑单元、嵌入式块RAM、丰富的布线资源、底层嵌入功能单元和内嵌专用硬核等。
每个单元简介如下：1.可编程输入/输出单元（I/O单元）目前大多数FPGA的I/O单元被设计为可编程模式，即通过软件的灵活配置，可适应不同的电器标准与I/O物理特性；可以调整匹配阻抗特性，上下拉电阻；可以调整输出驱动电流的大小等。
2.基本可编程逻辑单元FPGA的基本可编程逻辑单元是由查找表（LUT）和寄存器（Register）组成的，查找表完成纯组合逻辑功能。
FPGA内部寄存器可配置为带同步/异步复位和置位、时钟使能的触发器，也可以配置成为锁存器。
FPGA一般依赖寄存器完成同步时序逻辑设计。
一般来说，比较经典的基本可编程单元的配置是一个寄存器加一个查找表，但不同厂商的寄存器和查找表的内部结构有一定的差异，而且寄存器和查找表的组合模式也不同。
学习底层配置单元的LUT和Register比率的一个重要意义在于器件选型和规模估算。
由于FPGA内部除了基本可编程逻辑单元外，还有嵌入式的RAM、PLL（锁相环）或者是DLL，专用的Hard IP Core等，这些模块也能等效出一定规模的系统门，所以简单科学的方法是用器件的Register或LUT的数量衡量。
3.嵌入式块RAM目前大多数FPGA都有内嵌的块RAM。
嵌入式块RAM可以配置为单端口RAM、双端口RAM、伪双端口RAM、CAM、FIFO等存储结构。
CAM，即为内容地址存储器。
写入CAM的数据会和其内部存储的每一个数据进行比较，并返回与端口数据相同的所有内部数据的地址。
简单的说，RAM是一种写地址，读数据的存储单元；CAM与RAM恰恰相反。
除了块RAM，Xilinx和Lattice的FPGA还可以灵活地将LUT配置成RAM、ROM、FIFO等存储结构。
4.丰富的布线资源布线资源连通FPGA内部所有单元，连线的长度和工艺决定着信号在连线上的驱动能力和传输速度。
布线资源的划分：1）全局性的专用布线资源：以完成器件内部的全局时钟和全局复位/置位的布线；2）长线资源：用以完成器件Bank 间的一些高速信号和一些第二全局时钟信号的布线（这里不懂什么是“第二全局时钟信号”）；3）短线资源：用来完成基本逻辑单元间的逻辑互连与布线；4）其他：在逻辑单元内部还有着各种布线资源和专用时钟、复位等控制信号线。
由于在设计过程中，往往由布局布线器自动根据输入的逻辑网表的拓扑结构和约束条件选择可用的布线资源连通所用的底层单元模块，所以常常忽略布线资源。
其实布线资源的优化与使用和实现结果有直接关系。
5.底层嵌入功能单元（书上举了很多例子，不过这些东东要看具体哪个厂商的哪种型号的芯片上嵌有什么资源决定）6.内嵌专用硬核与“底层嵌入单元”是有区别的，这里指的硬核主要是那些通用性相对较弱，不是所有FPGA器件都包含硬核。
FPGA的分类1.按逻辑功能块的大小分类可编程逻辑块是FPGA的基本逻辑构造单元。