学习FPGA经常会碰到那些误区

网络整理 2020-09-10 17:50:06 0评

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  我常年担任多个有关 FPGA 学习研讨的 QQ 群管理员,长期以来很多新入群的菜鸟们总是在重复的问一些非常简单但是又让新手困惑不解的问题。作为管理员经常要给这些菜鸟们普及基础知识,但是非常不幸的是很多菜鸟怀着一种浮躁的心态来学习 FPGA,总是急于求成。再加上国内大量有关 FPGA 的垃圾教材的误导,所以很多菜鸟始终无法入门。为什么大量的人会觉得 FPGA 难学?详细讲一下菜鸟觉得 FPGA 难学的几大原因:

  1、不熟悉 FPGA 的内部结构,不了解可编程逻辑器件的基本原理。 FPGA 为什么是可以编程的?恐怕很多菜鸟不知道,他们也不想知道。因为他们觉得这是无关紧要的。他们潜意识的认为可编程嘛,肯定就是像写软件一样啦。软件编程的思想根深蒂固,看到 Verilog 或者 VHDL 就像看到 C 语言或者其它软件编程语言一样。一条条的读,一条条的分析。如果这些菜鸟们始终拒绝去了解为什么 FPGA 是可以编程的,不去了解 FPGA 的内部结构,要想学会 FPGA 恐怕是天方夜谭。虽然现在 EDA 软件已经非常先进,像写软件那样照猫画虎也能综合出点东西,但也许只有天知道 EDA 软件最后综合出来的到底是什么。也许点个灯,跑个马还行。这样就是为什么很多菜鸟学了N 久以后依然是一个菜鸟的原因。那么 FPGA 为什么是可以“编程”的呢?首先来了解一下什么叫“程”。启示“程”只不过是一堆具有一定含义的 01 编码而已。编程,其实就是编写这些 01 编码。只不过我们现在有了很多开发工具,通常都不是直接编写这些 01 编码,而是以高级语言的形式来编写,最后由开发工具转换为这种 01 编码而已。对于软件编程而言,处理器会有一个专门的译码电路逐条把这些 01 编码翻译为各种控制信号,然后控制其内部的电路完成一个个的运算或者是其它操作。所以软件是一条一条的读,因为软件的操作是一步一步完成的。而 FPGA 的可编程,本质也是依靠这些 01 编码实现其功能的改变,但不同的是 FPGA 之所以可以完成不同的功能,不是依靠像软件那样将 01 编码翻译出来再去控制一个运算电路, FPGA 里面没有这些东西。FPGA 内部主要三块:可编程的逻辑单元、可编程的连线和可编程的 IO 模块。可编程的逻辑单元是什么?

  其基本结构某种存储器( SRAM 、FLASH 等)制成的 4 输入或 6 输入 1 输出地“真值表”加上一个 D 触发器构成。任何一个 4 输入 1 输出组合逻辑电路,都有一张对应的“真值表”,同样的如果用这么一个存储器制成的 4 输入 1 输出地“真值表”,只需要修改其“真值表”内部值就可以等效出任意 4 输入 1 输出的组合逻辑。这些“真值表”内部值是什么?就是那些 01 编码而已。如果要实现时序逻辑电路怎么办?这不又 D 触发器嘛,任何的时序逻辑都可以转换为组合逻辑+D 触发器来完成。但这毕竟只实现了 4 输入 1 输出的逻辑电路而已,通常逻辑电路的规模那是相当的大哦。那怎么办呢?这个时候就需要用到可编程连线了。在这些连线上有很多用存储器控制的链接点,通过改写对应存储器的值就可以确定哪些线是连上的而哪些线是断开的。这就可以把很多可编程逻辑单元组合起来形成大型的逻辑电路。最后就是可编程的 IO ,这其实是 FPGA 作为芯片级使用必须要注意的。

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