(完整版)什么是FPGA
FPGA概述PPT课件
6.底层内嵌功能单元 内嵌专用硬核是相对于底层嵌入的软核而言 的，硬核（Hard Core）使FPGA具有强大 的处理能力，等效于ASIC电路。
•12
1.3 IP核简介
IP（Intelligent Property）核
是具有知识产权的集成电路芯核总称，是 经过反复验证过的、具有特定功能的宏模 块，与芯片制造工艺无关，可以移植到不 同的半导体工艺中。
通道绑定原 理示意图
•28
5.预加重技术 在印制的电路板上，线路是呈现低通滤波 器的频率特性的，为解决高频部分的损失， 就要采取预加重技术。
预加重技术的思想是：在传输信号时，抬高 信号的高频信号，以补偿线路上高频分量的 损失。
•29
没有预加重 的发送波形
•30
预加重后的 发送波形
没有预加重 的接收波形
典型的IOB内部结构示意图
2.可配置逻辑块(CLB)
CLB是FPGA内的基本逻辑单元 .
CLB的实际数量和特性会依据器件的不同而不同，但是每 个CLB都包含一个可配置开关矩阵，此矩阵由选型电路(多 路复用器等)、触发器和4或6个输入组成。
典型的CLB结 构示意图
3. 数字时钟管理模块（DCM）
目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一 个LUT可以看成是一个有4位地址线的RAM。当用 户通过原理图或HDL语言描述一个逻辑电路以后， PLD/FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可 能结果，并把真值表(即结果)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去 进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。
DLL简单模 型示意图
Xilinx DLL的典 型模型示意图
在FPGA设计中，消除时钟的传输延迟，实现高扇出 最简单的方法就是用DLL，把CLK0与CLKFB相连 即可。 利用一个DLL可以 实现2倍频输出
FPGA基础ppt课件
Synplify pro 界面
Synplify Pro Features
Synplify Premier 界面
Synplify Premier Features
Quartus II 的界面
Quartus II Features
主要功能
1)可利用原理图、结构框图、VerilogHDL、AHDL和VHDL完成电路 描述，并将其保存为设计实体文件； 2) 功能强大的逻辑综合工具； 3)完备的电路功能仿真与时序逻辑仿真工具； 4)定时/时序分析与关键路径延时分析； 5)可使用SignalTap II逻辑分析工具进行嵌入式的逻辑分析； 6)支持软件源文件的添加和创建，并将它们链接起来生成编程文件； 7)使用组合编译方式可一次完成整体设计流程； 8)自动定位编译错误； 9)高效的期间编程与验证工具； 10)可读入标准的EDIF网表文件、VHDL网表文件和Verilog网表文件； 13)能生成第三方EDA软件使用的VHDL网表文件和Verilog网表文件。
内容
什么是FPGA? 实验室现有的FPGA型号 Altera FPGA 的使用和相关软件介绍 FPGA开发板操作演示
FPGA开发板操作演示
以下进行FPGA开发的具体操作演示
5）时序验证，其目的是保证设计满足时序要求，即setup/hold time符合要求，以便 数据能被正确的采样。时序验证的主要方法包括STA（Static TimingAnalysis）和后 仿真。在后仿真中将布局布线的时延反标到设计中去，使仿真既包含门延时，又包含 线延时信息。这种后仿真是最准确的仿真，能较好地反映芯片的实际工作情况。仿真 工具与综合前仿真工具相同。
FPGA的结构特点
FPGA通常包含三类可编程资源：可编程逻辑功能 块、可编程I/O块和可编程互连。可编程逻辑功能 块是实现用户功能的基本单元，它们通常排列成 一个阵列，散布于整个芯片；可编程I/O块完成芯 片上逻辑与外部封装脚的接口，常围绕着阵列排 列于芯片四周；可编程内部互连包括各种长度的 连线线段和一些可编程连接开关，它们将各个可 编程逻辑块或I/O块连接起来，构成特定功能的电 路。
FPGA简介
五是ＣＰＬＤ比ＦＰＧＡ使用起来更方便。ＣＰＬＤ的编程采用Ｅ2ＰＲＯＭ或ＦＡＳＴＦＬＡＳＨ技术,无需外部存储器芯片,使用简单。而ＦＰＧＡ的编程信息需存放在外部存储器上,使用方法复杂。
六是ＰＬＤ的速度比ＦＰＧＡ快,并且具有较大的时间可预测性。这是由于ＦＰＧＡ是门级编程,并且ＣＬＢ之间采用分布式互联,而ＣＰＬＤ是逻辑块级编程,并且其逻辑块之间的互联是集总式的。
八是ＣＰＬＤ保密性好,ＦＰＧＡ保密性差。
九是一般情况下,ＣＰＬＤ的功耗要比ＦＰＧＡ大,且集成度越高越明显
三、FPGA与ASIC、CPLD
1、FPGA和ASIC的比较
ASIC是英文的Application Specific Integrated Circuits缩写，即专用集成电路，是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。目前用CPLD（复杂可编程逻辑器件）和FPGA（现场可编程逻辑阵列）来进行ASIC设计是最为流行的方式之一，它们的共性是都具有用户现场可编程特性，都支持边界扫描技术，但两者在集成度、速度以及编程方式上具有各自的特点。ASIC的特点是面向特定用户的需求，品种多、批量少，要求设计和生产周期短，它作为集成电路技术与特定用户的整机或系统技术紧密结合的产物，与通用集成电路相比具有体积更小、重量更轻、功耗更低、可*性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。
一、FPGA简介
FPGA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如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由设计一个数字系统。通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。在PCB完成以后，还可以利用FPGA的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可*性。PLD的这些优点使得PLD技术在90年代以后得到飞速的发展，同时也大大推动了电子设计自动化EDA（Electronic Design Automatic）软件和硬件描述语言VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description)的进步。
fpga芯片的种类
fpga芯片的种类FPGA芯片的种类FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它具有灵活可塑性和高性能，被广泛应用于数字电路设计和嵌入式系统开发领域。
随着技术的不断发展，FPGA芯片也呈现出多样化的种类和功能，本文将介绍几种常见的FPGA芯片。
1. Xilinx Virtex系列Xilinx Virtex系列是业界最强大的FPGA产品系列之一。
它以其卓越的性能和丰富的资源而受到广泛关注。
Virtex系列采用了最新的FPGA架构，具有高达数百万个可编程逻辑单元（LUT）和丰富的高速IO接口，可满足复杂系统设计的需求。
此外，Virtex系列还提供了丰富的硬核IP（Intellectual Property），如处理器核、高速串行收发器等，使其在高性能计算和通信领域具有重要应用。
2. Altera Cyclone系列Altera Cyclone系列是一种低成本、低功耗的FPGA芯片，广泛用于嵌入式系统和消费电子产品中。
Cyclone系列采用了先进的工艺技术，具有较高的逻辑密度和丰富的资源。
该系列芯片在功耗控制上表现出色，可满足对低功耗需求较高的应用场景。
Cyclone系列还支持多种外围接口和通信协议，如CAN、SPI、I2C等，方便与其他设备进行通信和互联。
3. Lattice iCE系列Lattice iCE系列是一种超低功耗的FPGA芯片，适用于移动设备和便携式电子产品。
iCE系列采用了极小的封装和低功耗设计，能够在极端环境下提供可靠的性能。
该系列芯片具有快速启动和低功耗特性，适合应用于电池供电的场景。
iCE系列还具有较高的集成度和资源利用率，可满足对系统复杂度和成本要求较高的应用。
4. Intel Stratix系列Intel Stratix系列是一种高性能、高密度的FPGA芯片，由英特尔（Intel）公司推出。
Stratix系列采用了英特尔的最新工艺技术，具有卓越的性能和可靠性。
FPGA全面介绍 ppt课件
2016年10月11日 互路联由网器的及普交及换器出货量大首增 款嵌服 人入务工器智式数能F据、P中5GG心等A加需诞速求生
FPGA全面介绍 ppt课件
9
2 FPGA设计思想与技巧 ——Present by 谭拢
乒乓操作、串并转换、流水线操作、数据接口的同步方法
2021/3/26
采
总
样
双口RAM
线
控
控
制
制
模
模
块
块
COM控制模块
时钟控制模块
2021/3/26
外部通讯接口 FPGA全面介绍 ppt课件
处理器模块
DSP
总
线
解
控
算
制
模
模
块
块
30
PART 3 FPGA设计实例
FPGA与DSP间通信 双口RAM
EMIF与双口RAM之间的连接
2021/3/26
FPGA全面介绍 ppt课件
超20位美国会议员反对
2021/3/26
FPGA全面介绍 ppt课件
7
PART 1 FPGA发展概述
1.2 FPGA结构概述
DCM
IOB IOB
CLB
BR AM
IOB
BR
IOB
AM
IOB：可编程输入输出单元 CLB：可配置逻辑块
BRAM：嵌入式块RAM
丰富的布线资源
底层内嵌功能单元：DLL、PLL、DSP和CPU等软核
2021/3/26
FPGA全面介绍 ppt课件
21
PART 2 FPGA设计思想与技巧
数据接口同步方法
➢ 上级数据和本级时钟是异步的
fpga的基本工作原理
fpga的基本工作原理FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑芯片，它可以被编程成各种逻辑电路，具有高度的灵活性和可重构性。
FPGA在数字信号处理、图像处理、视频处理和通信等领域得到广泛应用。
本文将介绍FPGA的基本工作原理，包括FPGA的逻辑资源结构、FPGA的编程方式和FPGA的工作过程。
一、FPGA的逻辑资源结构FPGA的逻辑资源主要包括逻辑单元（Logic Units）、查找表（Look-Up Tables）和存储器单元（Memory Units）。
逻辑单元是FPGA中最基本的逻辑单元，它由逻辑门电路组成，包括与门、或门、非门等。
逻辑单元的输出可以直接与其他逻辑单元或存储器单元相连，也可以与查找表的输入相连。
逻辑单元还可以实现复杂的逻辑函数，如加法器、乘法器等。
查找表是FPGA中一个重要的组成部分，它用于存储逻辑函数的真值表，并将真值表与逻辑单元相连。
在FPGA中，查找表通常由4位或5位输入和1位输出组成。
查找表的真值表由程序员编写的逻辑函数确定，并存储在FPGA的寄存器中。
存储器单元是FPGA中另一种重要的逻辑资源，用于存储数据和程序。
FPGA中的存储器单元包括RAM、ROM和寄存器。
其中RAM和寄存器用于存储数据，ROM用于存储程序。
二、FPGA的编程方式通常，FPGA的编程方式分为两种：硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL）和原理图编程。
硬件描述语言是一种用于描述数字电路的语言，它由一系列的语句组成，其中包括组合逻辑电路描述和时序逻辑电路描述。
常见的硬件描述语言有Verilog和VHDL等。
原理图编程是一种通过绘制逻辑图来编程的方式。
在原理图中，每个组件都是以图形的形式表示的，例如逻辑门、查找表和存储器单元等。
这些组件可以通过连接线连接起来，从而组成一个完整的数字电路。
在FPGA的工作过程中，程序员先使用硬件描述语言或原理图编写程序，并将程序编译成可被FPGA识别的字节码，然后通过编程器将字节码下载到FPGA中。
FPGA模块的功能
FPGA模块的功能FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程的逻辑器件，可以在电路设计中实现不同的功能。
FPGA模块是基于FPGA芯片设计的一种具有特定功能的硬件模块。
FPGA模块可以通过编程实现不同的功能，如数字信号处理、图像处理、网络通信和多媒体处理等。
以下是FPGA模块常见的功能：1.数字信号处理（DSP）：FPGA模块可以进行数字信号的采集、滤波、变换和编解码等处理。
DSP模块可以用于音频和视频处理、语音识别、雷达信号处理等应用。
2.图像处理：FPGA模块可以进行图像的采集、增强、压缩和解压缩等处理。
图像处理模块可以用于计算机视觉、机器人导航、医学影像等应用。
3.网络通信：FPGA模块可以实现各种网络协议的处理，如以太网、无线通信、卫星通信等。
网络通信模块可以用于路由器、交换机、无线基站等设备的设计。
4.多媒体处理：FPGA模块可以进行音频和视频的编码、解码、传输和处理等操作。
多媒体处理模块可以用于音视频播放器、数字电视和视频会议系统等应用。
5.控制系统：FPGA模块可以实现数字控制算法和控制信号的生成，用于控制系统中的运动控制、温度控制、电力控制等。
控制系统模块可以用于机器人、工业自动化等领域。
6.加密和安全：FPGA模块可以实现各种加密算法、安全协议和身份验证机制，用于数据传输和信息安全。
加密和安全模块可以用于网络安全、物联网安全等领域。
7.处理器系统：FPGA模块可以实现不同的处理器架构，如32位、64位的处理器核。
处理器系统模块可以用于嵌入式系统、高性能计算等应用。
8.高速数据接口：FPGA模块可以实现高速串行通信接口，如PCIe、USB3.0、HDMI等。
高速数据接口模块可以用于数据存储、高性能计算、高速通信等应用。
9.模拟和数字转换：FPGA模块可以实现模拟信号的采集、处理和数字信号的生成、转换。
模拟和数字转换模块可以用于传感器接口、音频接口等应用。
ARM,DSP,CPLD,EDA,FPGA名词解释
ARM,DSP,CPLD,EDA,FPGA名词解释什么是armARM （Advanced RISC Machines），既可以认为是一个技术的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种公司的名字。
1991 年 ARM 公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。
目前，采用 ARM技术知识产权（ IP ）核的微处理器，即我们通常所说的 ARM 微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于 ARM 技术的微处理器应用约占据了 32 位 RISC 微处理器 75 ％以上的市场份额， ARM 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。
ARM 公司是专门从事基于 RISC 技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，*转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的 ARM 微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的 ARM 微处理器芯片进入市场。
目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用 ARM 公司的授权，因此既使得 ARM 技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。
什么是单片机单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。
不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。
它由主机、键盘、显示器等组成（如图1所示）。
还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。
这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。
- 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)。
3、DSP实际应该称为DSPs，即用于DSP处理的专用芯片。跟普通计算机的区别一方面是他是哈佛结构的，也就是数据和程序空间分开（普通计算机是冯诺依曼结构）。另一方面他有流水线结构，不过现在其他也有了，见贤思齐。再一方面他有专用的硬件算法电路，用以完成DSP运算，比如最基本的乘法累加。上过DSP的就知道，蝶形算法FFT什么的，拆成最基本单元就是乘法累加，把这部分加速了，整体性能就有非常大的提高。DSP对于流媒体的处理能力远远的优于通用CPU。所以你看现在手机CPU，至少语音部分都是用DSP的。后来DSP概念也复杂化，各家都把一个控制核心整合到DSP里面，比如现在的智能手机芯片。可以看一下高通或者TI的片，基本是一个ARM核控制整体运算，一个DSP处理语音编解码，一个GPU负责图像运算，一个基带和天线处理模块负责通信，再加一些七七八八的东东比如GPS模块什么的。
2.单片机、某一项功能开发的专用集成芯片，集成度很低，成本很低，可是够用了。后来ASIC发展了一些，称为半定制专用集成电路，相对来说更接近FPGA，甚至在某些地方，ASIC就是个大概念，FPGA属于ASIC之下的一部分。
2、FPGA基本就是高端的CPLD，数字电路。这种器件是用逻辑门来表述性能的。本身他就是一堆的逻辑门，与非门、或非门、触发器（可以用与非门形成吧）等基本数字器件，编程决定了有多少器件被使用以及它们之间的连接。通过硬件描述语言把它转成电路连接，从最基本的逻辑门层面上连接成电路（参见数字电路书上那些全加器触发器什么的）。应该说，虽然看起来像一块CPU，其实是完全硬件实现的。它是在PAL、GAL、EPLD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。FPGA在抗干扰，速度上有很大优势。
后来因为写代码麻烦，对控制部分比较薄弱，本来跟其他CPU配合使用，即麻烦的算法CPU提交给FPGA，FPGA算完把结果再返回给CPU。可是这样外围电路就变得麻烦。
于是提出了SOC设计方法，就是直接在FPGA里写一个CPU出来，既然FPGA万能，做个CPU自然毫无压力。
这其中还有软核和硬核的区别，不过除了性能，使用方法大同小异。所谓IP核，就是把各种专用集成电路用硬件描述语言描述，然后烧到FPGA里形成专门的电路，这样就不必另外搭芯片了，所有的电路在一片FPGA里面形成。
4、单片机就是一个百搭的通用CPU，是集成在单一芯片上的微型计算机系统，麻雀虽小可是五脏俱全，也有运算器、控制器、存储器、总线及输入输出设备，采用也是存储程序执行的方式，对单片机的编程就是对其中的ROM写入程序，在加电后ROM中的程序会像计算机内存中的程序一样得到逐条的执行。单片机计算速度和性能有限，但在一些基本控制上搓绰绰有余。
1.FPGA与单片机的区别？
单片机和FPGA的区别，本质是软件和硬件的区别。
单片机设计属软件范畴；它的硬件（单片机芯片）是固定的，通过软件编程语言描述软件指令在硬件芯片上的执行；
FPGA设计属硬件范畴，它的硬件（FPGA）是可编程的，是一个通过硬件描述语言在FPGA芯片上自定义集成电路的过程；
二者最大的区别：单片机（无论哈佛总线结构或者冯诺依曼结构）均为取出指令->执行，指令是顺序执行的（即使是中断，其发生后的中断服务程序也是顺序执行的）；而FPGA（包括CPLD)是基于逻辑门和触发器的，它是并行执行方式，即当CLOCK上升沿到来时，所有的触发器都会动作，它没有取出指令->执行这种操作，数字电路中所有逻辑门和触发器（D,SR等）均可以实现，它适合真正意义上的并行任务处理。
单片机和嵌入式通过主函数或者操作系统来实现任务调度的途径来响应各种外部条件触发，并通过软件输出相应的状态来实现电子系统的正常工作。FPGA是通过纯硬件来实现各种激励的相应的。
3.FPGA与DSP的比较
DSP和FPGA是嵌入式开发处理器的三大巨头之二，很多刚刚接触嵌入式的朋友都会心存疑问，到底DSP和FPGA哪个牛一点，学哪种好一点？FPGA与DSP相比较，哪个更有前途？今天，我就以自己的经验，和大家通俗介绍一下吧：
FPGA是英文Field Programmable Gate Array（现场可编程门阵列）的缩写，它是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是专用集成电路（ASIC）中集成度最高的一种。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。用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实现用户的逻辑。它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路，FPGA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。可以毫不夸张的讲，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电路，都可以用FPGA来实现。FPGA如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统。通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。在PCB完成以后，还可以利用FPGA的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。