FPGA门电路
fpga开发的理解
fpga开发的理解fpga开发是指将一组逻辑电路（即一组门电路）用硬件实现的过程。
它能够实现复杂的功能，并且可以得到更高的流水线效率、更低的延迟、更好的可重构性和可缩放性。
由于fpga采用可编程逻辑器件，因此在设计中可以充分利用可编程逻辑器件的特性，实现多种功能。
FPGA开发包括三个主要过程：设计、集成和测试。
在设计阶段，需要完成fpga的原理图设计、描述语言编写、编程语言编写和仿真工具使用等步骤。
在集成阶段，将设计的电路进行集成，并对所有模块进行组装。
在测试阶段，需要对集成的电路进行功能测试，保证各部分模块的正常工作，并完成系统测试。
在fpga开发过程中，需要考虑到一些因素，例如电路的性能、功耗、延迟、灵活性等。
比如，如果要设计一个高速电路，就需要考虑到电路的延迟，以及如何优化电路，减少延迟；如果要设计一个低功耗的电路，就需要考虑如何减少电路的功耗，以及如何优化电路，增加能效比。
此外，还要考虑电路可重构性和可缩放性的要求，以便在未来的应用中做出相应的变化。
在fpga开发过程中，需要仔细分析需求，根据需求定义系统架构，然后按照设计流程完成设计、集成和测试。
比如，在设计阶段，首先需要分析需求，定义功能和接口，然后再进行原理图设计、描述语言编写、编程语言编写和仿真工具使用等步骤。
在集成阶段，将设计的电路进行集成，并对所有模块进行组装。
在测试阶段，需要对集成的电路进行功能测试，保证各部分模块的正常工作，并完成系统测试。
最后，fpga开发也需要考虑到产品的可靠性。
可靠性是衡量fpga开发产品质量的一个重要指标，需要考虑到热损伤、ESD、EMI等因素，并采取相应的措施来确保产品的可靠性。
总之，fpga开发是一项复杂而又技术含量很高的工作，需要综合分析客户需求，根据客户需求定义系统架构，进行设计、集成和测试，并考虑到产品的可靠性。
fpga开发能够实现复杂的功能，并具有更高的流水线效率、更低的延迟、更好的可重构性和可缩放性，在一定程度上提高了产品的性能，是当前技术发展的必然趋势。
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。
基本电路及其在FPGA中实现
理工大学信息与电子学院
• 一、FPGA介绍 • 二、基本电路实现
FPGA设计流程
设计输入
• 两种设计输入方法：硬件描述语言〔HDL〕或原理图 • 不管采用何种设计方法,都需要一个工具来生成EDIF网表以
便对Xilinx的FPGA编程 • 适合的综合工具有：Synplify、Leonardo Spectrum、XST • 对设计进行仿真使你的设计按照预计方案.
• 6、计数器
•
在复位信号有效时,每当时钟上升沿来临时,计数1次,计
数范围0-15.
• VHDL
• Modelsim仿真结果
使用资源情况：
• 实现<RTL寄存器级>
• 布局布线
• 7、多路分配器 • 通过设置a口,选择对应的输出端口输出数据 • VHDL
• Modelsim仿真
• 使用资源情况：
Floorplanner、FPGA Editor、Xpower等.
下载
ISE
ISE将运行所有必要的步骤实现设计
• 综合HDL或原理图代码 • 转换 • 映射 • 布局布线
实现
• 每个实现步骤可以被展开看到可用的子工具 和子过程
• 转换：生成转换后的仿真模型 • 映射 • 1.平面布局〔Floorplan> • 2.用FPGA编辑器进行手动布线 • 布局布线 • 1.静态时序 • 2.平面布局器<Floorplannner>,查看布
:2 :2
:1 :1
:1 :1 :3 :2 :1
• 寄存器传输级<RTL> •
• 布局
• 布线
• 2、编码器 • 实现十进制/8421编码,当输入端对应为高电平时,输出端
关于 FPGA 内部信号扇入扇出
学习有关FPGA方面的知识，在看一些FPGA的datasheet时，看到fan-out和fan-in这样的字眼，乍一看还真不知所云，继续往下看还是云里雾里，于是用Google在线翻译了一下，上面赫然是扇入扇出，不用想，电子设计方面怎么会有这么俗的词，还“扇”呢。
刚开始不以为然，后来在求知欲的驱使下，就以扇入扇出为关键字在网上开始艰难搜寻。
别说这一找，还真找到不少资料呢，看了网上那些大侠们的解释，我才恍然大悟，原来Google并没有翻译错，而是自己太孤陋寡闻了。
下面我将给出我所找到的关于扇入扇出的解释，以下都是来自网络，并非原创：扇入、扇出系数扇入系数是指门电路允许的输入端数目。
一般门电路的扇入系数为1—5，最多不超过8。
扇出系数是指一个门的输出端所驱动同类型门的个数，或称负载能力。
一般门电路的扇出系数为8，驱动器的扇出系数可达25。
扇出系数体现了门电路的负载能力。
灌电流、拉电流当逻辑门输出端是低电平时，灌入逻辑门的电流称为灌电流，灌电流越大，输出端的低电平就越高。
当逻辑门输出端是高电平时，逻辑门输出端的电流是从逻辑门中流出，这个电流称为拉电流。
简单的理解就是逻辑门的输入（灌电流）和输出电流（拉电流）。
上、下拉电阻上拉电阻就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平（即拉电流），来增加高电平输出时的驱动能力，以解决总线驱动能力不足时提供电流；下拉电阻就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在低电平，是用来吸收电流的，也就是灌电流。
负载效应当输出负载大于它的扇出能力的时候，就会有如下的效应：1、输出低态时，输出电压V OL可能高于V OLmax。
2、输出高态时，输出电压V OH可能高于V OLmin。
3、输出的传播延迟可能大于规格说明的延迟值。
4、输出的上升和下降时间可能大于规格说明的延迟值。
5、器件工作温度可能升高，从而降低其可靠性，最终引起器件失效。
1.原意：The number of circuits that can be fed input signals from an output device.扇出，输出可从输出设备输入信号的电路的数量。
FPGA轻松学习用QuartusII通过原理图完成与门电路设计
FPGA轻松学习用QuartusII通过原理图完成与门电路设计打开QuartusII软件，程序主界面如下：1，新建一个工程点击File——>New Project Wizard，打开创建新工程向导，这里你将完成工程的基本设定选项。
1，Project name and directory——工程的名称与目录2，Name of the top-level design entity——顶层设计实体的名称3，Project files and libraries——项目文件与库4，Target device family and device——目标设备的族类5，EDA tool settings——EDA工具设定这里一般设定好工程名称和目录，顶层设计实体名称以及目标设备族类就可以了，其他的暂时直接使用默认项就可以了。
2，新建一个设计文件通过点击File——>New打开新建文件选择框，由于我们这里使用原理图描述实现的，则文件类型选择Design Files——>Block Diagram/Schematic File，就新建了一个原理图文件，将其保存起来，注意命名要跟前面设置的顶层设计实体名称相同。
3，编写设计文件接下来开始在文件中绘制原理图，这里首先完成与门的添加，点击左侧工具栏中的Symbol Tool按钮，打开Symbol选择框，选择primitives——>logic——>and2，点击OK后即可在原理图中添加一个2输入的与门了。
在同样通过Symbol Tool中的加入和primitives——>pin——>output加入输入和输出引脚，然后在原理图中把他们用Orthogonal Node Tool即导线连接起来，双击输入输出引脚，为他们设定好名字，pinA，pinB，pinC，就完成了原理图中的设计。
4，编译（分析综合）点击Processing——>Start——>Start Analysis & Synthesis，进行分析综合，就好像是对程序进行编译，等待片刻，如果没有错误，编译报告会输出出来。
毕业设计(论文)-基于fpga的电路设置[管理资料]
![毕业设计(论文)-基于fpga的电路设置[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/e964cc9527d3240c8547ef07.png)
摘要FPGA（Field－Programmable Gate Array），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。
目前以硬件描述语言（Verilog 或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA 上进行测试，是现代IC 设计验证的技术主流。
这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。
在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块。
系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，一个出厂后的成品FPGA的逻辑块的连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。
本文设计的实验板目的就是验证所设计的电路的逻辑功能。
实验板以EP1C6Q240C8为主，配以存储器、数据配置、复位、实时时钟、I/O口分配、扩展接口、独立按键及LED、液晶显示、数码管显示、蜂鸣器和电源等功能电路。
而其中的独立按键及LED、液晶显示、数码管显示、蜂鸣器就是验证时的直接展现。
关键字：FPGA,硬件原理图，测验ABSTRACTFPGA（Field－Programmable Gate Array），It is based on the further development of the product of PAL、GAL、CPLD etc.. It is in the field of application-specific integrated circuit （ASIC）for a half customize the circuit, it solves the shortage, and custom circuit overcomes original programmable gate device limited number of faults. Now completed the above circuit design by the Hardware description language, can pass by the simple integrated and layout, rapid replication to test on FPGA, it is the mainstream of modern IC design verification. These can edit component can be used to achieve some basic logic gate(such as AND、OR、XOR、NOT ) or, more complex combination of some functions such as decoder or mathematical equations. In most of the FPGA, these can edit component also includes memory devices such as flip-flop or other more complete memory block. According to the system designer, through the FPGA links can edit the internal logic pieces together. One of the products of the factory, logical block of FPGA can be changed according to the designer, so the FPGA can complete the required logic functions.The purpose of this experimental plate is to verify that the logic function of circuit. The primary device is EP1C6Q240C8 on this experimental plate, use with the circuit of memory, Data configuration, reset, real-time clock, I/O port, expand interface, independent buttons and LED, LCD display, digital display, buzzers and power etc.. And that the independent buttons and LED, LCD display, digital display show directly of the checkoutKey Words: FPGA, Hardware diagram, quiz目录第1章绪论 (1)设计背景 (1)设计目的和意义 (2)论文的结构安排 (2)第2章 FPGA开发板原理图分析 (3)FPGA电路 (4)存储电路 (6)Flash存储器 (6)SRSM存储器 (7)SDRAM存储器 (8)配置电路 (9)复位电路 (11)时钟电路 (12)FPGA I/O口分配电路 (13)扩展接口电路 (13)外扩I/O口PACK2 (18)外设PACK接口电路 (18)FPGA扩展接口电路 (19)验证功能电路 (17)按键及LED电路 (17)蜂鸣器电路 (18)七段数码管显示电路 (18)液晶显示电路 (19)实时时钟电路 (19)电源电路 (24)系统电源电路 (24)FPGA电源电路 (25)第3章实验板的测验 (28)读取按键信号 (28)第4章结论 (27)参考文献 (28)致谢 (29)第1章绪论设计背景半导体技术一直遵循著名的摩尔定律持续地发展，回顾半导体的发展历史，当一种技术具有可编程特性时，它就会处于支配的地位。
一个4与门电路的例子来说明LUT实现逻辑功能的原理
一个4与门电路的例子来说明LUT实现逻辑功能的原理如前所述，FPGA是在PAL、GAL、EPLD、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的，即解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点。
由于FPGA需要被反复烧写，它实现组合逻辑的基本结构不可能像ASIC那样通过固定的与非门来完成，而只能采用一种易于反复配置的结构。
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工艺的查找表结构，也有一些军品和宇航级FPGA 采用Flash或者熔丝与反熔丝工艺的查找表结构。
通过烧写文件改变查找表内容的方法来实现对FPGA的重复配置。
根据数字电路的基本知识可以知道，对于一个n输入的逻辑运算，不管是与或非运算还是异或运算等等，最多只可能存在2n种结果。
所以如果事先将相应的结果存放于一个存贮单元，就相当于实现了与非门电路的功能。
FPGA的原理也是如此，它通过烧写文件去配置查找表的内容，从而在相同的电路情况下实现了不同的逻辑功能。
查找表（Look-Up-Table）简称为LUT，LUT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。
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的所有可能结果，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，找出地址对应的内容，然后输出即可。
下面给出一个4与门电路的例子来说明LUT实现逻辑功能的原理。
例1-1：给出一个使用LUT实现4输入与门电路的真值表。
表1-1 4输入与门的真值表从中可以看到，LUT具有和逻辑电路相同的功能。
实际上，LUT具有更快的执行速度和更大的规模。
由于基于LUT的FPGA具有很高的集成度，其器件密度从数万门到数千万门不等，可以。