第一章FPGA概述
《FPGA电路设计实例》课件
介绍FPGA时钟的设计和时钟信号的控制方法，包括时钟分频和时钟抖动的处理 方法。
3
FPGA时钟的分析和优化
讲解如何分析和优化FPGA的时钟系统，避免时钟抖动和时序冲突等问题。
第四章：FPGA中的硬件模块设计
常用的硬件模块及其应用 场景
讲述FPGA中各种硬件模块的应用 以及数字锁相环、时序控制和数 据通信的实现方法。
介绍Karnaugh图的基本概念和绘制方法，并讲解其中的优化算法。
时序电路的设计和时序分析
介绍FPGA时序和FPGA时钟，学习FPGA时序电路的设计和时序分析方法，包括时序参数的 计算和显示。
第三章：FPGA时钟的设计与分析
1
时钟的概念及其作用
讲述时钟的基本概念、时钟周期和时钟信号的产生方式。
2
时钟的设计和实现方法
第七章：FPGA在实际应用中的案例
数字信号处理应用
介绍FPGA在数字信号处理中的应 用，包括数字滤波、数字信号编 码等方面。
图像处理应用
讲述FPGA在数字图像处理中的应 用，包括数字滤波、二值化、边 缘检测等方面。
通信系统应用
介绍FPGA在通信系统中的应用， 包括数字调制、信道编码、解调 等方面。
FPGA电路设计实例
欢迎来到FPGA电路设计实例PPT课件，本课程将介绍FPGA的基础知识，数字 电路设计基础，FPGA中的硬件模块设计和FPGA在实际应用中的案例。
第一章：FPGA的基础知识
FPGA的定义和发展历程
器件结构及其特点
介绍FPGA的定义和历史发展情况， 讲述FPGA的器件结构和特点，硬
学习FPGA的故障分类和典型 表现，包括时序冲突、时钟 抖动、信号捕捉等问题。
FPGA故障排除的方法 和技巧
FPGA开发入门教程
Altera FPGA开发入门教程目录目录第一章 Altera FPGA 开发流程概述 (1)1.1 你需要准备的 (1)1.2 Altera FPGA 基本开发流程 (1)第二章 QuartusII 软件安装教程 (4)第三章 完成第一个FPGA设计 (20)3.1 启动和建立QuartusII工程 (20)3.2 编辑我们的设计文件 (27)3.3 综合、布局布线 (30)3.4 引脚约束 (34)3.5 再次综合、布局布线 (37)第四章 配置FPGA (38)4.1 JTAG配置 (38)4.2 JIC烧写 (42)第一章Altera FPGA 开发流程概述本章介绍Altera FPGA的最基本最简单的开发流程，目的在于让您更直观了解FPGA开发设计过程，最快上手FPGA开发，最快找到感觉：-）1.1你需要准备的●兴趣无需多言，兴趣是最好的老师！●基本电路知识学习FPGA最好能懂一些模拟电路和数字电路的基础知识，比如知道什么是高电平、低电平、逻辑门、触发器、电阻电容、发光二极管等。
只需基本概念即可，不要求你是专家。
当然，如果你有单片机之类的开发经验，那会更好！●Verilog语言是的，我们用Verilog进行FPGA设计。
因为近年来，Verilog的使用率已经远远超过VHDL。
你不需要太精通Verilog的语法，但是你需要用硬件的思维来学习和使用Verilog。
在接下来的FPGA学习中，我们会反复强调这一点，以便带给你更深的体会。
●硬件平台纸上得来终觉浅。
一块优秀而又易用的入门级FPGA开发板，会祝您一臂之力！1.2A ltera FPGA 基本开发流程图1- 1展示了Altera FPGA的基本开发流程。
12图1- 1 Altera FPGA 基本开发流程这个流程可能是你看过类似教程中最简单的流程。
是的，为了让学者能直观了解FPGA 设计流程、快速入门，我们简化了一些东西，但它已经基本完整了。
基于FPGA的机器学习模型加速技术研究
基于FPGA的机器学习模型加速技术研究第一章引言机器学习（Machine Learning）是人工智能（Artificial Intelligence）领域中的一项重要技术，通过从数据中学习并自动提取规律和知识，使计算机能够具备类似人类的学习能力。
然而，随着机器学习模型的复杂性不断提高，传统的计算设备已经无法满足其计算要求，导致模型训练和推理速度缓慢。
因此，研究基于FPGA的机器学习模型加速技术具有重要意义。
第二章 FPGA与机器学习2.1 FPGA概述FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，具有灵活性高、处理速度快、低功耗等优点。
由于其可实时可重构的特性，使得FPGA成为加速机器学习模型的理想选择。
2.2 FPGA在机器学习中的应用FPGA在机器学习中的应用主要体现在两个方面：模型训练加速和推理加速。
对于模型训练加速而言，FPGA可以通过并行计算和定制化加速算法实现对复杂模型的快速训练；而对于推理加速而言，FPGA通过对模型进行量化和优化，实现对模型的高效运行。
第三章基于FPGA的机器学习模型加速技术研究3.1 模型训练加速技术3.1.1 算法优化传统的机器学习模型算法在FPGA上的运行效果通常不理想，因此需要对算法进行优化。
通过对模型的计算流程进行分析和调整，可以提高模型在FPGA上的运行效率。
3.1.2 并行计算FPGA具有高度的并行计算能力，可以利用其多个计算单元同时执行计算任务，加速模型的训练过程。
通过合理设计并行计算结构，可以实现更高效的模型训练。
3.1.3 数据流优化在模型训练过程中，数据的读取和存储会成为瓶颈。
通过使用高速缓存和流水线技术对数据进行优化管理，可以最大化地发挥FPGA的性能优势。
3.2 推理加速技术3.2.1 模型量化在模型训练完成后，通过模型量化可以减少模型中参数的位数，从而减小模型的存储空间和计算量。
对于FPGA而言，模型量化可以提高模型的推理速度。
fpga语言的课程设计
fpga语言的课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解FPGA的基本概念，掌握FPGA的设计流程和原理；2. 学习并掌握FPGA编程语言（如VHDL/Verilog）的基本语法和结构；3. 掌握FPGA设计中常用的逻辑元件和模块的使用方法；4. 了解FPGA在实际工程中的应用案例，理解其优势和局限性。
技能目标：1. 能够运用FPGA编程语言编写简单的程序代码，实现基本的数字逻辑功能；2. 能够使用FPGA设计软件进行电路设计、仿真和调试；3. 能够分析FPGA设计中的问题和错误，并进行相应的优化和修改；4. 培养学生的动手实践能力，使其能够独立完成简单的FPGA项目设计。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对FPGA技术及电子工程的兴趣，激发其探索精神和创新意识；2. 培养学生团队合作意识，学会与他人共同解决问题，提高沟通与协作能力；3. 培养学生严谨、细致的学习态度，养成认真负责、精益求精的工作作风；4. 增强学生的国家意识，认识到FPGA技术在我国电子产业发展中的重要性，激发其为国家技术进步贡献力量的责任感。
二、教学内容1. FPGA基本概念：FPGA的原理、结构、优势与应用领域；教材章节：第一章 概述2. FPGA设计流程：设计输入、综合、布局布线、仿真与实现；教材章节：第二章 设计流程3. FPGA编程语言：VHDL/Verilog基本语法、程序结构、数据类型；教材章节：第三章 编程语言基础4. 常用逻辑元件与模块：逻辑门、触发器、计数器、寄存器等；教材章节：第四章 基本逻辑元件与模块5. 电路设计与仿真：使用FPGA设计软件进行电路设计、仿真和调试；教材章节：第五章 电路设计与仿真6. FPGA项目实践：分析案例，设计并实现简单的数字逻辑功能；教材章节：第六章 项目实践7. 优化与修改：分析FPGA设计中可能出现的问题，进行优化和修改；教材章节：第七章 优化与修改8. 动手实践：指导学生进行实际操作，培养动手实践能力；教材章节：第八章 动手实践教学内容按照以上大纲进行安排，确保课程的科学性和系统性，使学生能够逐步掌握FPGA的设计与应用。
第1章 FPGA开发简介-Altera FPGA系统设计实用教程(第2版)-李莉-清华大学出版社
下载电缆
ByteBlaster II
USB-Blaster
Ethernet Blaster
（1）完全符合设计人员的设计思路，从功能描述开 始，到物理实现的完成。
（2）设计更加灵活。 （3）设计易于移植和更改。 （4）易于进行大规模、复杂电路的设计实现。 （5）设计周期缩短。
1.4.2 典型FPGA开发流程
电路功能设计
设计输入
编译 综合
功能仿真
FPGA适配（布局布线）
时序仿真
配置
硬件环境要求高，软件投资大，通用性强，不面向具体 公司的PLD器件。
PLD制造厂商开发的专用软件工具则具有硬件环境要求 低，软件投资小的特点，并且很多PLD厂商的开发工具 是免费提供的，因此其市场占有率非常大；缺点是只针 对本公司的PLD器件，有一定的局限性。
1.4 基于FPGA的开发流程
1.4.1 FPGA设计方法概论 FPGA的设计方法属于自上而下的设计方法
第1章 FPGA开发简介
1.1 可编程逻辑器件概述 1.2 FPGA芯片 1.3 FPGA开发工具 1.4 基于FPGA的开发流程
1.1 可编程逻辑器件概述
可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，简
称PLD）
可编程逻辑器件
PLD
低密度 PLD
高密度 PLD
PROM
PLA
PAL
GAL
EPLD CPLD FPGA
70年代初
70年代末 80年代初
80年代中期
80年代中期 及以后
图1-1 PLD器件的发展流程
低密度PLD的基本结构参考图
输入项 乘积项
或项
输
输
Xilinx FPGA伴你玩转USB3.0与LVDS 第1章 FPGA、USB与LVDS 概述
目录第1章FPGA、USB与LVDS概述 (2)1.1 FPGA发展概述 (2)1.2 FPGA的优势 (4)1.3 FPGA应用领域 (5)1.4 FPGA开发流程 (6)1.5 USB接口概述 (9)1.6 LVDS接口概述 (12)本章导读本章从FPGA的一些基本概念入手，将ASIC、ASSP、ARM、DSP与FPGA同台比对，同时也论及FPGA开发语言及主要厂商；接着对FPGA技术在嵌入式应用中的优势和局限性进行讨论；另外，我们也将论述FPGA的应用领域和开发流程；最后，对于USB3.0和LVDS接口我们也会做一些基础的介绍。
总而言之，本章不会给你很高深的理论知识，我们力图以浅显易懂的语言和描述让读者你搞清楚本书随后章节将要接触到的“高大上”的FPGA、USB3.0和LVDS技术。
第1章FPGA、USB与LVDS概述1.1 FPGA发展概述上世纪60年代中期，TI公司设计制造了各式各样的实现基本逻辑门电路功能的芯片，相信今天很多的工程师仍然很熟悉这些主要面对军工应用的54XX和商业应用的74XX芯片。
据说早期的工程师甚至能够单凭着这些芯片架构出一颗简单CPU的功能。
还真别小瞧这些基本逻辑门电路，话说万丈高楼平地起，如果说今天在嵌入式领域呼风唤雨的各种功能强大的ARM7、ARM9、DSP是万丈高楼，那么称这些基本的逻辑门电路为一砖一瓦倒是一点也不为过。
从1971年Intel公司的第一颗4位微处理器Intel 4004到上世纪80年代初被奉为经典的8051单片机，再到今天各大嵌入式处理器厂商竞相使用的由ARM公司推出的各种Cortex 内核，嵌入式处理器的发展不可不说是翻天覆地。
不过话又说回来，如果深入处理器的底层结构，你会发现他们最本质的东西并没有太大的改变。
而处理器再强大，一颗芯片尽可以将各种外设嵌入其中，但对于任何一颗已经批量出货的芯片而言，它的功能是固定的，若想在既有外设功能的基础上有任何的扩展，或许不是遇到电气特性不支持就是遇到IO太少的尴尬，而这些问题也就催生了可编程逻辑器件的诞生。
(完整版)FPGA硬件电路设计及FPGA平台介绍
FPGA的发展趋势
向更高密度、更大容量的系统级方向发展。 向低成本、低电压、低功耗、微封装和环保型发展。 IP资源复用理念得到普遍认同并成为主要设计方式。 MCU、DSP和MPU等嵌入式处理器IP将成为FPGA应用的核心。
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第二章 主流FPGA器件介绍
第2章主要内容
各厂商FPGA系列介绍 Altera FPGA主流器件介绍 Xilinx FPGA主流器件介绍
现代平台级FPGA还会包括以下可选资源：
❖ 存储器资源（BlockRAM） ❖ 数字时钟管理单元（分频、倍频、数字延迟） ❖ I/O多电平标准兼容（Select I/O） ❖ 算术运算单元（乘法器、加法器） ❖ 特殊功能模块 ❖ 微处理器模块（PowerPC、ARM）
6
现代FPGA的主要特点
规模越来越大，达到上千万门级的规模，更适于实现片上系统 （SoC）。
－Spartan 6 LX/LXT
45nm工艺
❖ Virtex ——高端FPGA系列，针对高密度高性能应用
－Virtex II/IIPro
130nm工艺
－Virtex 4 LX/SX/FX
90nm工艺
－Virtex 5 LX/LXT/SXT/FXT/TXT 65nm工艺
－Virtex 6 LXT/SXT/HXT
－IGLOO/e
功耗超低的可编程FPGA
－IGLOO nano 业界功耗最低、尺寸最小的FPGA
－IGLOO PLUS 具有增强I/O功能的低功耗FPGA
❖ Fusion ——将可配置模拟部件、大容量 Flash 、时钟电路，以及基 于Flash的高性能可编程逻辑集成在单片器件中
15
Lattice公司FPGA系列
FPGA的基础知识
第一章FPGA概述1、数字集成电路的发展数字集成电路由最初的电子管、晶体管、中小规模集成电路、超大规模集成电路（VLSIC）发展到专用集成电路（ASIC），专用集成电路的出现降低了设计的成本、提高了可靠性、缩小了物理尺寸，但ASIC的设计周期长、改版投资大、灵活性差。
例如0.18um的芯片，如果集成的芯片超过100万门，其成本超过200万元人民币以上，其风险是显而易见的。
为了避免这种风险，就出现了可编程逻辑器件，包括现场可编程门阵列FPGA（Field Programmable Gate Array）器件和复杂可编程逻辑器件CPLD（Complex Programmable Logic Device），可编程逻辑器件能够在实验室中进行设计、更改、研制并马上投入使用。
和ASIC相比，PLD 的集成度更高，设计的个性化更浓，且具有可修改性，开发成本也较低。
FPGA由Xilinx公司在1985年首家推出，采用CMOS-SRAM工艺制作。
FPGA的结构一般分为三部分：可编程逻辑块CLB（configurable Logic Block）、可编程I/O模块（I/O Block）和可编程内部连线，FPGA出现后受到电子设计工程师的普遍欢迎，发展十分迅速。
Xilinx、Altera和Actel等公司都提供高性能的FPGA芯片。
2、FPGA技术的发展现状及发展趋势FPGA在1985年由Xilinx公司首家推出至今已有近30年的历史，不过过去十多年时间内FPGA都未受到太多的重视，原因是FPGA的功耗用电、电路密度、频率效能、电路成本等都不如ASIC，在这十多年时间内，FPGA多半只用在一些特殊领域，例如芯片业者针对新产品测试市场反应，即便初期产品未达量产规模，也能先以FPGA制成产品测试。
或者有些芯片设计公司承接了小型的设计项目，在量产规模不足下也一样使用FPGA，或如政府、军方的特殊要求，不期望使用开放、标准性的芯片与电路，也会倾向使用FPGA。
fpga 教学大纲
fpga 教学大纲第一章 FPGA概述1.1 FPGA的定义与特点FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，具有灵活性高、可重构性强的特点。
它由一系列可编程逻辑门和可编程内部连线构成，可以根据需要进行逻辑功能的设计和实现。
1.2 FPGA的应用领域FPGA广泛应用于数字电路设计、通信系统、嵌入式系统等领域。
在数字电路设计中，FPGA可用于实现各种逻辑功能、算法运算和信号处理等任务。
1.3 FPGA的发展历程自FPGA诞生以来，经历了多个发展阶段。
从最初的简单门级可编程器件到现在高度集成、性能强大的复杂逻辑器件，FPGA的性能和规模得到了极大的提升。
第二章 FPGA基本原理与结构2.1 FPGA的基本原理FPGA通过可编程逻辑门和内部连线的灵活配置实现逻辑功能的定制。
用户可以根据需要设计出特定的逻辑电路，并将其配置到FPGA芯片中，从而完成特定任务。
2.2 FPGA的逻辑资源FPGA芯片内部包含大量的可编程逻辑资源，如逻辑门、寄存器、乘法器等。
这些资源可以通过配置实现各种逻辑功能，并且可以根据需要进行灵活的重构。
2.3 FPGA的结构组成FPGA由可编程逻辑单元（CLB）、可编程输入输出块（IOB）、可编程互连资源（Interconnect）等部分组成。
它们相互连接并形成一种可重构的逻辑结构。
第三章 FPGA设计流程3.1 FPGA设计流程概述FPGA设计流程一般包括需求分析、系统设计、逻辑设计、综合与优化、布局布线、仿真验证等环节。
每个环节都有其独特的设计方法和工具支持。
3.2 FPGA的设计语言常用的FPGA设计语言包括硬件描述语言（如VHDL、Verilog）和高级综合语言（如C、C++）。
设计语言的选择会影响到设计的效率和可移植性。
3.3 FPGA设计工具FPGA设计离不开各种设计工具的支持，如逻辑综合工具、布局布线工具和仿真工具等。
这些工具可以提高设计效率，减少设计风险。
fpga实训课程设计
fpga实训课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握FPGA的基本原理与结构，理解数字电路设计的基本流程；2. 学习并运用硬件描述语言（如VHDL/Verilog）进行数字电路设计与仿真；3. 理解FPGA实训项目中涉及的算法与逻辑设计，如计数器、状态机、数字信号处理等。
技能目标：1. 能够独立完成FPGA开发环境的搭建与基本操作；2. 培养学生利用硬件描述语言进行数字电路设计的能力，能够对设计进行调试与优化；3. 培养学生团队协作能力，通过项目实践，学会分析问题、解决问题，提高创新能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对数字电路设计及FPGA技术的兴趣，培养良好的学习习惯；2. 培养学生面对困难与挑战时，具备积极的心态和坚持不懈的精神；3. 强化学生的工程意识，培养严谨、求实的科学态度，提高学生的职业素养。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，注重培养学生动手能力与创新能力。
学生特点：学生具备一定的电子技术基础和编程能力，对新技术充满好奇。
教学要求：结合课程特点和学生特点，通过理论教学与实践操作相结合的方式，使学生在掌握基本知识的基础上，提高实际应用能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便在教学过程中进行有效的设计与评估。
二、教学内容1. FPGA基本原理与结构：介绍FPGA的发展历程、基本组成、工作原理，以及FPGA在设计中的优势与应用领域。
教材章节：第一章 FPGA概述2. 硬件描述语言基础：学习Verilog/VHDL基本语法，掌握数字电路设计的基本描述方法。
教材章节：第二章 硬件描述语言基础3. FPGA开发环境搭建：学习FPGA开发工具（如ISE、Quartus等）的使用，掌握FPGA设计流程。
教材章节：第三章 FPGA开发环境与工具4. 数字电路设计与仿真：学习并实践简单的数字电路设计，如门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路等。
教材章节：第四章 数字电路设计与仿真5. 实践项目：开展FPGA实践项目，涵盖计数器、状态机、数字信号处理等应用。
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第二阶段： 世纪 年代中到80年代中 世纪70年代中到 年代中) 第二阶段：(20世纪 年代中到 年代中
结构上稍微复杂的可编程阵列逻辑(PAL)和通用阵列逻辑 (GAL)器件，正式被称为PLD,能够完成各种逻辑运算功能。
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第三阶段： 世纪 年代中到90年代末 世纪80年代中到 年代末) 第三阶段：(20世纪 年代中到 年代末
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7.内嵌专用硬核 7.内嵌专用硬核
内嵌专用硬核是相对于底层嵌入的软核而言的，硬 内嵌专用硬核是相对于底层嵌入的软核而言的， 具有强大的处理能力， 核（Hard Core）使FPGA具有强大的处理能力， ） 具有强大的处理能力 等效于ASIC电路。 等效于 电路。 电路
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6.底层内嵌功能单元 6.底层内嵌功能单元
内嵌功能模块主要指： 内嵌功能模块主要指：DLL（Delay Locked Loop)、 （ 、 PLL(Phase Locked Loop),DSP和CPU等软处理核 和 等软处理核 (soft Core)。越来越丰富的内嵌功能单元使得单元 。 FPGA具备了软硬件联合设计的能力，以逐步向 具备了软硬件联合设计的能力， 具备了软硬件联合设计的能力 以逐步向Soc 片上系统)平台过渡 （System-on-Chip,片上系统 平台过渡。 片上系统 平台过渡。 DLL (Xilinx公司）和PLL(Altera公司 功能类似， 公司） 公司)功能类似 公司 公司 功能类似， 可完成时钟高精度、低抖动的倍频和分频， 可完成时钟高精度、低抖动的倍频和分频，以及占空 比调整等。 比调整等。
1.3 IP核简介 核简介
IP（Intelligent Property）核 （ ）
是具有知识产权的集成电路芯核总称， 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， 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。 无关，可以移植到不同的半导体工艺中。 IP核的提供方式上看，通常将其分为软核、硬核和固 核的提供方式上看，通常将其分为软核、 核的提供方式上看 核这三类。从完成IP核所花费的成本来讲 硬核代价最大； 核所花费的成本来讲， 核这三类。从完成 核所花费的成本来讲，硬核代价最大； 从使用灵活性来讲，软核的可复用性最高。 从使用灵活性来讲，软核的可复用性最高。
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1.1可编程逻辑器件概述 可编程逻辑器件概述
起 源 ： 可 编 程 逻 辑 器 件 (Programmable Logic Device, PLD)起源于20世纪70年代，是在专用集成 电路(ASIC)的基础上发展起来的以后总新型逻辑器 件。 主要特点：完全由用户通过软件进行配置和编程， 主要特点： 从而完成某种特定的功能，并且可以反复擦写。 常见PLD产品： 可编程只读存储器(PROM)、现场 产品： 常见 产品 可编程逻辑阵列(FPLA)、可编程阵列逻辑(PAL)、 复杂可编程逻辑器件(CPLD)、和现场可编程门阵 列(FPGA)等类型。它们的内部结构和表现方法各 不相同
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FPGA状况 状况
FPGA市场占有率最高的两大公司 市场占有率最高的两大公司Xilinx和Altera 市场占有率最高的两大公司 和 Xilinx的FPGA产品主要分为两大类： 的 产品主要分为两大类： 产品主要分为两大类 (1)侧重于低成本应用、容量中等、性能可以满足一般 侧重于低成本应用、容量中等、 侧重于低成本应用 逻辑设计要求的Spartan系列 逻辑设计要求的 系列 (2)侧重于高性能应用、容量大、性能可满足各类高端 侧重于高性能应用、容量大、 侧重于高性能应用 应用的Virtex系列 应用的 系列
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1.3 FPGA的芯片结构 的芯片结构
芯片组成 主要有可编程输入/输出单元 ）、基本可 主要有可编程输入 输出单元(IOB）、基本可 输出单元 ）、 编程逻辑单元、完整的时钟管理、内嵌SRAM、 编程逻辑单元、完整的时钟管理、内嵌 、 丰富的布线资源、 丰富的布线资源、底层嵌入功能单元和内嵌专用 单元等 。
Xilinx和Altera公司分别推出了与标准门阵列雷似的FPGA以 及类似于PAL结构的扩展性CPLD。提高了逻辑运算速度，逻辑 单元灵活、集成度高、适用范围宽、编程灵活。
第四阶段：(20世纪 年代末至今) 第四阶段： 世纪90年代末至今 世纪 年代末至今
出现了可编程片上系统(SOPC)和片上系统(SOC）技术。涵 盖了实时化数字信号处理、高速数据收发器、复杂计算以及嵌入 式系统设计技术的全部内容。Xilinx和Altera公司也退出了相应的 SOC FPGA产品。
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可编程逻辑器件的发展史(4个阶段 可编程逻辑器件的发展史 个阶段) 个阶段
第一阶段： 世纪 年代初到70年代中 世纪70年代初到 年代中) 第一阶段：(20世纪 年代初到 年代中
只有简单的PROM、紫外线可擦除只读存储器(EPROM）和 电可擦除只读存储器(EEPROM）3种。只能完成简单的数字逻 辑功能。
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典型的IOB内部结构示意图 内部结构示意图 典型的
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2.可配置逻辑块 2.可配置逻辑块(CLB) 可配置逻辑块
CLB是FPGA内的基本逻辑单元 . 是 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 的实际数量和特性会依据器件的不同而不同， 的实际数量和特性会依据器件的不同而不同 是每个CLB都包含一个可配置开关矩阵，此矩阵由选型电 都包含一个可配置开关矩阵， 是每个 都包含一个可配置开关矩阵 多路复用器等)、 个输入组成。 路(多路复用器等 、触发器和 或6个输入组成。开关矩阵 多路复用器等 触发器和4或 个输入组成 是高度灵活的，可以对其进行配置，以便处理组合逻辑、 是高度灵活的，可以对其进行配置，以便处理组合逻辑、 移位寄存器或RAM。 移位寄存器或 。
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1.2 FPGA的基本工作原理 的基本工作原理
查找表(Look-Up-Table)结构 结构 查找表
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 以看成是一个有4位地址线的16╳1 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。
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典型的CLB结构示意图 结构示意图 典型的
X1Y1”、“X1Y0”、 、 的位置 编号， 编号，在FPGA中每一 中每一 个Slice都会根据自己的 都会根据自己的 横纵坐标有一个独一无 二的编号 Slice是Xilinx公司定义 是 公司定义 的基本逻辑单位， 的基本逻辑单位，内部结 构主要包括:两个 两个4/6输入 构主要包括 两个 输入 的查找表函数、进位逻辑、 的查找表函数、进位逻辑、 算术逻辑、 算术逻辑、存储逻辑和函 数复用器组成
芜湖职业技术学院 一个4输入与门 与门电路的例子来说明LUT实现逻辑功能原理 与门 实际逻辑电路 a,b,c,d入 入 0000 0001 … 1111 逻辑输出 0 0 … 1 LUT实现方式 实现方式 RAM地址 地址 0000 0001 … 1111 RAM中存储 中存储 的内容 0 0 … 1
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5.丰富的布线资源 5.丰富的布线资源 布线资源连通FPGA内部的所有单元，而 内部的所有单元， 布线资源连通 内部的所有单元 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。 动能力和传输速度。 根据工艺、长度、宽度和分布位置的不同，可将 根据工艺、长度、宽度和分布位置的不同， FPGA芯片的内部布线资源划分为四个不同的类别： 芯片的内部布线资源划分为四个不同的类别： 芯片的内部布线资源划分为四个不同的类别 第一类是全局布线资源； 第一类是全局布线资源； 第二类是长线资源； 第二类是长线资源； 第三类是短线资源； 第三类是短线资源； 第四类是分布式的布线资源。 第四类是分布式的布线资源。
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数字时钟管理模块（ 3. 数字时钟管理模块（DCM） ） Xilinx推出的 推出的FPGA可提供数字时钟管理和相位环 推出的 可提供数字时钟管理和相位环 路锁定。 路锁定。 DCM的主要优点在于： 的主要优点在于： 的主要优点在于 可实现零时钟偏移（ ），消除时钟分配延 ①可实现零时钟偏移（Skew），消除时钟分配延 ）， 并实现时钟闭环控制。 迟，并实现时钟闭环控制。 时钟可以映射到PCB上用于同步外部芯片，这 上用于同步外部芯片， ②时钟可以映射到 上用于同步外部芯片 样就减少了对外部芯片的要求， 样就减少了对外部芯片的要求，而将芯片内外的 时钟控制一体化，以利于系统设计。 时钟控制一体化，以利于系统设计。 DCM模块的关键参数：输入时钟频率范围、输出时 模块的关键参数：输入时钟频率范围、 模块的关键参数 钟频率范围和输入/输出时钟允许抖动范围等 输出时钟允许抖动范围等。 钟频率范围和输入 输出时钟允许抖动范围等。
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1.可编程输入输出单元（ 1.可编程输入输出单元（IOB） 可编程输入输出单元 ）
IOB单元是芯片与外界电路的接口部分，可完 单元是芯片与外界电路的接口部分， 单元是芯片与外界电路的接口部分 成不同电气特性下对输入/输出信号的驱动与匹配要 成不同电气特性下对输入 输出信号的驱动与匹配要 求. 外部输入信号可以通过IOB模块的存储单元输入到FPGA 模块的存储单元输入到FPGA 外部输入信号可以通过 模块的存储单元输入到 内部，也可以直接输入FPGA内部。 FPGA内部 内部，也可以直接输入FPGA内部。 FPGA的 被划分为若干个组(Bank) Bank的接 FPGA的IOB被划分为若干个组(Bank)，每个Bank的接 被划分为若干个组(Bank)，每个Bank CCO决定 一个Bank 决定， Bank只能有一种 CCO， 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 Bank的 CCO可以不同 可以不同。 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， CCO电压相同是接口标准的基本条件 电压相同是接口标准的基本条件。 能连接在一起，要求VCCO电压相同是接口标准的基本条件。