整理了一些FPG的知识点和FPGA的进阶路线

今天陆妹给大家整理了一些FPG的知识点和FPGA的进阶路线，小本本准备好，要开始划重点喽。

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。

FPGA常用术语

1：LCA(Logic Cell Array)：逻辑单元阵列，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。

2： IOB(Input Output Block)：可编程输入输出单元，为了便于管理和适应多种电器标准，FPGA的IOB被划分为若干个组(bank)，每个bank的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的VCCO可以不同。只有相同电气标准的端口才能连接在一起，VCCO电压相同是接口标准的基本条件。

3：CLB(Configurable Logic Block)：可配置逻辑模块，是FPGA内的基本逻辑单元，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)和触发器组成。 在赛灵思公司公司的FPGA器件中，CLB由多个(一般为4个或2个)相同的Slice和附加逻辑构成。

4：Slice：是赛灵思公司公司定义的基本逻辑单位，一个Slice由两个4输入的函数、进位逻辑、算术逻辑、存储逻辑和函数复用器组成。

5：LUT(Look-Up-Table)：查找表。本质上就是一个RAM，目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成一个有4位地址线的 的RAM。

6：DCM（数字时钟管理模块）：提供数字时钟管理和相位环路锁定。

7：BRAM（嵌入式块RAM）：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。单片块RAM的容量为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和深度，但要满足两个原则：首先，修改后的容量(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级联起来形成更大的RAM，此时只受限于芯片内块RAM的数量，而不再受上面两条原则约束。

必须精通的5项基本功

对于FPGA设计者来说，要练好5项基本功：仿真、综合、时序分析、调试、验证，

1.、仿真：Modelsim， Quartus II（Simulator Tool）

2.、综合：Quartus II （Compiler Tool， RTL Viewer， Technology Map Viewer， Chip Planner）

3、 时序：Quartus II （TimeQuest Timing Analyzer， Technology Map Viewer， Chip Planner）

4、调试：Quartus II （SignalTap II Logic Analyzer， Virtual JTAG， Assignment Editor）

5、验证：Modelsim， Quartus II（Test Bench Template Writer）

HDL语言与FPGA设计的5项基本功是相辅相成的。虽然它不是FPGA设计的全部，但是HDL语言在FPGA的整个设计流程中都是有体现的。

对于FPGA设计者来说，用好“HDL语言的可综合子集”可完成FPGA设计中50%的工作——设计编码。练好仿真、综合、时序分析这3项基本功，对于学习“HDL语言的可综合子集”有如下帮助：

1. 通过仿真，可以观察HDL语言在FPGA中的逻辑行为。

2. 通过综合，可以观察HDL语言在FPGA中的物理实现形式。

3. 通过时序分析，可以分析HDL语言在FPGA中的物理实现特性。

同样，用好“HDL语言的验证子集”，可以完成FPGA设计另外50%的工作——调试验证。

1. 搭建验证环境，通过仿真的手段可以检验FPGA设计的正确性。

2. 全面的仿真验证可以减少FPGA硬件调试的工作量。

3.把硬件调试与仿真验证方法结合起来，用调试解决仿真未验证的问题，用仿真保证已经解决的问题不在调试中再现，可以建立一个回归验证流程，有助于FPGA设计项目的维护。

FPGA设计者的这5项基本功不是孤立的，必须结合使用，才能完成一个完整的FPGA设计流程。反过来说，通过完成一个完整的设计流程，才能最有效地练习这5项基本功。对这5项基本功有了初步认识，就可以逐个深入学习一些，然后把学到的知识再次用于完整的设计流程。如此反复，就可以逐步提高设计水平。采用这样的循序渐进、螺旋式上升的方法，只要通过培训入了门，就可以自学自练，自我提高。

FPGA设计人员的进阶路线

从技术层面来讲，可编程逻辑范围是目前和将来半导体行业最活泼的范围之一，不再是繁多地用于IC设想的原型考证，更多地用于提供集成的零碎级处置计划。古代的FPGA不再仅仅是可编程逻辑，而是介于ASIC和FPGA之间的混合芯片，包括微处置器、收发器以及很多其它单元。所以对FPGA设想职员的请求也越来越高，已超出繁多的逻辑设想范围。因而，关于FPGA初学者来讲，需求明白团体的进阶道路，进而把握疾速开拓的办法。下面给出作者团体的一些观念。

1

熟习一门硬件设想言语（VHDL或Verilog HDL），由于不论在哪种运用范围，HDL言语都是FPGA开拓的根底。目前国际运用Verilog HDL言语的开拓职员较多一些，因而引荐读者进修Verilog HDL。正因如此，本书的实例都经过Verilog HDL完成，并在附录中给出其扼要的语法阐明。

2

把握ISE Design Suit相关软件的运用办法。ISE软件能够完成设想输出、分析、仿真、完成和下载，涵盖了FPGA开拓的全进程，从中读者能够逼真领会到FPGA开拓全进程。关于嵌入式开拓职员，还需求把握EDK软件操纵。当把握软件的根本用法后，能够深化了解各工具组件，如分析工具XST、布局布线工具PAR等的运转机制，以便更好地在设想中应用其特性。

3

熟习Xilinx FPGA芯片，包括不同类型资源的功能特性和运用办法。此时，Xilinx所公布的文档是首要参考材料。Xilinx针对每个系列的FPGA都提供了丰厚而片面的文档，所以在开端任何一个系列的FPGA设想前，最好到Xilinx网站，将该系列FPGA的页面上将一切的文档都下载上去，然后有针对性的做参考。

4

参考xilinx推出的开拓板以及相应的参考设想，这是向初级进阶最有价值的局部。Xilinx在网上针对每个系列的fpga都有文档阐明，并都给出原理图。其开拓板的文档阐明十分具体具体，也很标准，有很大的参考价值。此外，在那些开拓板里也有众多的核心接口电路，根本涵盖了常用的运用场所。参考核心电路芯片的数据手册，细心领会设想的细节和运用办法。作为硬件工程师，阅读手册是一项根本技艺。当然，在具有硬件平台的根底上，参考Xilinx网上的开拓板是进阶道路中捷径的捷径。

5

入手调通一块板子。有PCB设想才干的读者，可自行设想；否则可购置相应的开拓板，将下面一切的硬件外设调通，并参照相似的开拓板，独立完成Xilinx官方的参考设想。完成这一步，就步入初级设想的大门了。

6

由于FPGA芯片以及开拓技术开展很快，因而不只要在任务中累积经历，还该当关心该行业的新技术和新意向，只要这样才干一直站在高处。

全体看来，FPGA开拓入门复杂，进阶阶段不只难度较大、所需学问面广，还是一个烦琐的任务。同时假如想从底层更深化的了解硬件设想，还需需求深沉的实际支撑。因而FPGA开拓是一条平整但十分峻峭的路。