FPGA介绍
FPGA的种类与应用选型
FPGA的种类与应用选型FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，能够在用户设计中实现数字逻辑功能。
由于其可编程性，FPGA具有灵活性高、可重构性强的特点，被广泛应用于各种领域。
不同的应用需要使用不同类型的FPGA，下面将介绍FPGA的种类及其应用选型。
首先，FPGA可以根据其内部结构的不同分为SRAM-based FPGA和Antifuse-based FPGA两种。
1. SRAM-based FPGASRAM-based FPGA（基于静态随机存取存储器的FPGA）使用SRAM存储器来实现逻辑功能。
这种FPGA在设计过程中需要不断地读取配置位流（Configuration Bitstream），并在运行时对SRAM存储器进行配置。
它具有灵活性高、资源利用率高的特点，并且可以进行快速的设计迭代。
由于其可编程性，SRAM-based FPGA广泛应用于原型设计、系统验证、数字信号处理、计算机视觉等领域。
2. Antifuse-based FPGAAntifuse-based FPGA（基于直流反向电压击穿的FPGA）使用Antifuse技术实现逻辑功能。
Antifuse是一种非可逆电子器件，在设计过程中只需一次性地进行配置。
Antifuse-based FPGA具有配置安全性高、性能稳定的特点，可以应用于对安全性要求高的领域，如航空航天、国防等。
除了根据内部结构的不同，FPGA还可以根据其规模和功能的不同进行分类。
1.FPGA的规模分类根据FPGA的规模，可以将其分为大规模FPGA、中型FPGA和小规模FPGA。
大规模FPGA具有更多的逻辑资源和I/O引脚，适用于复杂的应用，如高性能计算、通信基础设施等。
中型FPGA具有适中的规模和资源，适用于多种应用场景，如消费电子、工业控制、医疗设备等。
小规模FPGA通常具有较低的功耗和成本，适用于低功耗应用，如传感器数据预处理、边缘计算等。
(完整版)什么是FPGA
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。
FPGA技术介绍
FPGA技术介绍FPGA（全称为Field-Programmable Gate Array，场可编程门阵列）是一种可以通过用户自定义逻辑电路来实现数字电路设计的集成电路芯片。
相比于传统的ASIC（专用集成电路）芯片，FPGA具有更高的灵活性和可编程性，能够在生产后根据需要对其功能进行修改和调整。
FPGA通常由可编程逻辑单元（PLU）、可编程寄存器、内部存储器和输入输出端口等功能组成。
可编程逻辑单元是FPGA的核心，它由一系列的逻辑门电路（AND、OR、NOT等）组成，通过内部的可编程连接来实现不同的逻辑功能。
用户可以通过编程工具将所需的逻辑功能和电路连接方式写入FPGA芯片中，从而实现特定的电路设计。
FPGA的可编程性使得它在数字电路设计和开发上具有广泛的应用。
首先，FPGA可以用来实现复杂的数字逻辑功能。
相比于传统的硬件设计方法，使用FPGA进行设计可以显著节省时间和成本，同时也提高了设计的灵活性和可重用性。
其次，FPGA可以用来验证和测试设计的正确性和性能。
在产品开发的早期阶段，使用FPGA搭建原型可以快速验证设计的可行性，并进行系统级的测试。
最后，FPGA也广泛应用于数字信号处理、通信系统、图形图像处理等领域。
FPGA具有较高的运算速度和并行处理能力，可以满足实时性要求较高的应用场景。
FPGA的编程方法包括可硬件描述语言（HDL）和图形化编程。
HDL是一种使用硬件描述语言（如VHDL、Verilog）编写电路设计的方法。
通过HDL编写的代码可以描述电路的结构和功能，并通过编译和综合工具生成对应的配置位流（bitstream），用于配置FPGA芯片。
图形化编程是一种简化的编程方法，通过可视化界面和拖拽操作来实现电路设计。
这种编程方法适合于非专业的电路设计人员，但相对于HDL编程来说功能和灵活性较弱。
除了常见的FPGA芯片外，还有一类特殊的FPGA芯片称为SoC型FPGA。
SoC（System-on-Chip）型FPGA将可编程逻辑单元与处理器核心集成在同一个芯片中，不仅可以实现可编程逻辑功能，还可以运行嵌入式软件。
FPGA简介
IDEA Confidential
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FPGA的优势
稳定性
软件工具提供了编程环境，FPGA电路是真正的编程“硬”执行过 程。 基于处理器的系统往往包含了多个抽象层，可在多个进程之间 计划任务、共享资源。 驱动层控制着硬件资源，而操作系统管理内 存和处理器的带宽。 对于任何给定的处理器内核，一次只能执行一 个指令，且基于处理器的系统时刻面临着严格限时的任务相互取占 的风险。 而FPGA不使用操作系统，拥有真正的并行执行和专注于 每一项任务的确定性硬件，可减少稳定性方面出现问题的可能。
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FPGA开发流程
配置下载 通过编程器（programmer）将布局布线后的配置文件下载至FPGA中， 对其硬件进行编程。配置文件一般为.pof或.sof文件格 式，下载方式包 括Active Serial Programming（主动）、Passive Serial（被动）、 JTAG等方式。
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FPGA开发流程
RTL级HDL描述
设计方法：自下而上与自上而下两种方式。 自下而上：由最底层的元器件开始，从基本子系统去构建大系统的 电路设计模式是我们最初进行电路设计的一种基本方法。这种由底向 上的设计方式是电子线路初期频频采用的方法，在电路不太复杂、层 次比较简单的设计中，它是一种非常行之有效的方法。但随着电路越 来越复杂，这种方法则会存在着较大的弊病。这就是，纵然每个子系 统的设计分别满足各自的要求，系统的整体性能指标却往往得不到保 障。
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FPGA开发流程
综合
将RTL级HDL语言翻译成由与、或、非门等基本逻辑单元组成的门级 连接（网表），并根据设计目标与要求（约束条件）优化所生成的逻 辑连接，输出门级网表文件。
FPGA结构与原理
FPGA结构与原理FPGA（现场可编程门阵列）是一种可以通过编程配置的硬件设备，可以实现数字逻辑电路的功能。
它使用大量的逻辑门、寄存器和可编程的连线资源，可以实现各种复杂的数字逻辑电路，如处理器、通信接口、图像处理等。
本文将介绍FPGA的结构与原理。
一、FPGA的结构FPGA的主要结构由三个部分组成：逻辑单元（Logic Element，LE）、可编程内部连接资源和输入/输出资源。
1. 逻辑单元（Logic Element，LE）逻辑单元是FPGA的基本计算单元，用于实现数字逻辑功能。
每个逻辑单元由一个或多个可编程逻辑元素（PLE）组成，PLE包括逻辑门（如与门、或门、非门等）、选择器和触发器（如D触发器或JK触发器）。
逻辑单元中的PLE经过编程配置后，可以实现各种逻辑功能，如布尔运算、复杂的控制逻辑等。
2.可编程内部连接资源可编程内部连接资源是FPGA中用于连接逻辑单元的资源，通过编程配置可以将逻辑单元连接起来。
它通常由多层的可编程互连网络构成，可以通过编程来控制信号的传输路径。
内部连接资源可以实现各种逻辑电路的连接，如寄存器、加法器、乘法器、存储器等。
3.输入/输出资源输入/输出资源用于与FPGA外部环境进行通信，包括输入和输出引脚以及输入/输出接口电路。
FPGA可以通过输入引脚接收外部数据，并将输出数据通过输出引脚发送到外部环境。
输入/输出引脚可以通过编程配置来控制数据的传输方向和数据的格式。
二、FPGA的原理FPGA的工作原理可以概括为编程配置、逻辑运算和时序控制。
1.编程配置FPGA的编程配置是将逻辑单元和可编程内部连接资源设置为特定的状态，使其能够实现特定的逻辑功能。
编程配置通常使用设计工具通过硬件描述语言（HDL）或图形化界面进行。
编程配置可以通过厂商提供的评估板、开发工具或JTAG接口等进行。
2.逻辑运算FPGA的逻辑运算是通过逻辑单元实现的。
逻辑单元可以根据编程配置的逻辑功能来执行相应的逻辑运算。
fpga的组成
FPGA的组成FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它具有可重构的硬件结构，可以根据用户的需求进行配置和重新编程。
FPGA由多个可编程逻辑块（PLBs）、可编程互连资源（PIRs）和输入/输出块（IOBs）组成。
本文将详细介绍FPGA的组成以及各个组成部分的功能和特点。
1. 可编程逻辑块（PLB）可编程逻辑块是FPGA中最基本的构建单元。
它由一系列逻辑门、寄存器和查找表（LUT）等组件组成。
每个PLB都可以根据用户的需求进行配置，实现特定功能。
PLB通常包含多个输入和一个输出，可以通过配置内部电路来实现不同的逻辑功能，如与门、或门、非门等。
在PLB内部，LUT是最重要的组件之一。
LUT是一个存储真值表并执行相应逻辑运算的查找表。
用户可以通过对LUT进行编程来定义特定的真值表，并实现自定义逻辑功能。
除了LUT之外，PLB还包含其他组件，如触发器、加法器、乘法器等。
这些组件可以根据用户需要进行配置，并与LUT结合使用，实现更复杂的逻辑功能。
2. 可编程互连资源（PIR）可编程互连资源是连接PLB之间的关键组件。
PIR包括一系列可编程开关和线缆，用于将PLB连接在一起，实现各种逻辑电路的互联。
用户可以通过配置PIR来定义不同的信号路径和数据通路。
PIR的配置可以通过电子设计自动化（EDA）工具进行，用户可以使用这些工具来生成逻辑网表，并将其转换为FPGA中的互连资源布局。
通过合理配置PIR，用户可以实现高度灵活且高性能的逻辑电路。
3. 输入/输出块（IOB）输入/输出块用于与外部设备进行数据交换。
它包含输入和输出引脚，以及与引脚相关的I/O电路。
IOB可以与其他FPGA组件进行通信，并将数据传输到外部设备或从外部设备接收数据。
IOB通常包含输入缓冲器、输出缓冲器、时钟管理单元等。
输入缓冲器用于接收来自外部设备的信号，并将其转换为FPGA内部使用的电平和时序要求。
FPGA原理及芯片结构介绍
FPGA原理及芯片结构介绍FPGA (Field-Programmable Gate Array)是一种可编程逻辑芯片，其原理和芯片结构是现代电子设备中非常重要的一部分。
本文将介绍FPGA的原理和芯片结构。
FPGA的原理是基于集成电路技术，它利用可编程逻辑单元和可编程互连资源来实现任意逻辑功能的构建。
FPGA的核心是一个有大量逻辑单元的矩阵，每个逻辑单元可以执行各种逻辑操作。
这些逻辑单元通过互连资源连接在一起，以实现特定的功能。
与固定逻辑电路不同，FPGA的逻辑单元和互连资源可以根据需要进行编程，从而实现不同的设计。
FPGA的芯片结构主要由三个部分组成：可编程逻辑单元阵列（CLB）和可编程交换网络（switching network），以及输入/输出资源（IOB）。
可编程逻辑单元阵列（CLB）是FPGA的主要组成部分。
它由一系列的逻辑门和触发器组成，可以实现各种逻辑操作。
逻辑门用于实现布尔逻辑功能，如与、或、非等。
触发器用来存储数据，通常用于时序电路的设计。
CLB中的逻辑单元可以根据需要进行编程，以实现特定的功能。
可编程交换网络是FPGA中的重要部分，用于连接逻辑单元和输入/输出资源。
它由一系列的可编程开关和连接线组成，可以根据需要进行编程，以实现逻辑信号的传输。
交换网络通常采用分层结构，每一层都有一组开关和连接线，可以实现不同层之间的通信。
输入/输出资源（IOB）是FPGA与外部设备进行数据交换的接口。
它通常包括输入引脚、输出引脚和时钟引脚等。
输入引脚用于接收外部电路传输的数据，输出引脚用于向外部电路传输数据，时钟引脚用于同步数据传输。
IOB还可以包括输入/输出缓冲器、电平转换器等电路，以实现与外部设备的接口转换。
总之，FPGA是一种可编程逻辑芯片，它的原理和芯片结构是基于可编程逻辑单元和互连资源来实现任意逻辑功能的构建。
通过编程，FPGA 可以实现不同的逻辑功能，并可以根据需要进行重新编程。
fpga内部可用资源
fpga内部可用资源FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，内部集成了大量的可用资源，包括逻辑单元、寄存器、存储器等。
本文将分别介绍FPGA内部的这些可用资源。
1. 逻辑单元：FPGA内部包含大量的逻辑单元（Logic Element），用于实现各种逻辑功能。
逻辑单元通常由多个逻辑门组成，可以实现与、或、非、异或等逻辑运算。
逻辑单元可以根据需要进行编程，以实现不同的功能。
2. 寄存器：FPGA内部还包含大量的寄存器（Register），用于存储数据和状态信息。
寄存器可以存储单个数据位或多个数据位，并且可以进行读写操作。
寄存器的数量和位宽可以根据设计需求进行配置。
3. 存储器：FPGA内部还集成了各种类型的存储器，包括片上存储器（On-chip Memory）和外部存储器接口（External Memory Interface）。
片上存储器通常用于存储中间数据和程序代码，具有较快的访问速度和较小的延迟。
外部存储器接口可以连接外部存储器芯片，用于存储大容量的数据。
4. 数字信号处理器（DSP）：FPGA内部还集成了一定数量的数字信号处理器（DSP），用于实现高性能的数字信号处理功能。
DSP可以进行复杂的算术运算和滤波操作，以满足各种信号处理需求。
5. 时钟管理器：FPGA内部还包含时钟管理器（Clock Manager），用于生成和分配时钟信号。
时钟信号是FPGA设计中至关重要的一部分，时钟管理器可以根据设计需求生成多个时钟信号，并对时钟进行分频、倍频等操作。
6. 通信接口：FPGA内部还提供了多种通信接口，包括UART、SPI、I2C、PCI Express等。
这些接口可以与外部设备进行数据交互，实现与外界的通信功能。
7. 乘法器：FPGA内部还集成了大量的乘法器（Multiplier），用于实现乘法运算。
乘法器可以进行定点数和浮点数的乘法运算，具有较高的计算效率和精度。
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2.1 FPGA介绍。
2.1.1FPGA简介
FPGA的英文全称为 Field－ Programmable Gate Array,其英文名称的含义是现场可编程门阵列。
它具体指的是通过软件的手段去改变和配置器件内部连接结构和逻辑单元以完成指定设计功能的所有数字集成电路。
它的发展经历了PAL，GAL，CPLD和其他可编程器件等历史。
它的出现主要是用于专用集成电路领域中的一种特殊定制的电路。
它的优点可以分为两部分：一部分是解决了原有的可编程器件的门电路数不足；另一部分是弥补了定制电路的限制性。
FPGA是一种采用CMOS，SRAM工艺制造的单元结构的PLD器件，但同时又与与PLD的阵列结构形式不同，它是由多个独立的可以灵活地相互连接可编程逻辑单元组成，同时还具有高密度，高速度，灵活编程，并且可以重新配置等优点，这些优势的集结使得FPGA已成为当前主流的PLD器件之一。
FPGA的主要优点有：
(1)可编程灵活性高;
(2)开发周期短;
(3)并行计算可编程灵活性高。
FPGA与ASIC的电路有所不同，ASIC是属于全定制电路而FPGA则是属于半定制电路。
从理论上讲，如果FPGA提供的门电路可以满足，任何ASIC和DSP 的逻辑功能都可以通过编程来实现。
此外，编程的内容也是可以根据需求重复进行更改，它不像ASIC设计的编程固化后不能在进行修改。
因此，FPGA的应用也更灵活。
在实际编程设计上，FPGA具有的可编程性能够使得开发人员使用软件升级包，通过软件升级包在芯片上运行，进行修改芯片原来的程序，从而避免了更换硬件芯片。
更方便的是FPGA，也可以通过互联网进行远程升级。
FPGA拥有的并行计算效率非常的高效。
FPGA采用的是可以一次性执行多条指令的并行计算算法。
而一般生活当中应用的ASIC，DSP甚至CPU芯片都采用的是串行计算方式，处理指令的方式只能是单独进行。
如果在电路设计当中需要对ASIC和CPU 的运行速度需要加快，一般都是采用增加频率的方式，所以在设计当中ASIC和CPU的电路当中频率一般较高。
虽然FPGA的通用频率都普遍较低，但对于一些特殊要求的设计，大量相对较低速的并行单元比一些高效率单元更有效率。
而且，从其他方面来看，并没有所谓的“计算”存在于在FPGA芯片内部。
处理的到最终结果的方式是和ASIC“电路直给”效果非常相似的，所以大大的提高了执行效率。
在以后的发展当中，如果FPGA价格低廉，它将取代大多数ASIC芯片成为主流。
然而，现在由于成本、功耗和编程设计三个方面的制约，FPGA的发展仍旧
不如ASIC芯片。
2.1.2FPGA发展趋势
FPGA在未来的发展当中有如下的发展趋势：
（1）大规模，高集成度。
（2）低电压，低功耗。
（3）高速、预测延时。
（4）PLD器件内部可以增加更多的功能性模块。
（5）模数混合可编程。
2.2 Quartus II软件介绍
2.2.1Quartus II简介
Quartus II软件是来自于Alter Corporation的一款综合性的PLD / FPGA 开发软件，可以支持多种设计输入格式，如原理图，VHDL Verilog HDL和AFDL （Altera硬件描述语言）。
内置嵌入式综合器和仿真器。
它也支持可以设计一个完整的PLD设计流程，从设计到输入到硬件配置当中去。
Quartus II软件运行环境有XP，Linux和Unix等。
不但可以完成使用Tcl脚本的设计过程，还可以实现完整的图形用户界面设计。
它具有快速运行，功能强大，易于学习和使用等特点。
Quartus II同时也支持Altera的IP内核，这其中包括了LPM / MegaFunction宏功能库，因此用户可以充分利用经过验证的模块用于简化设计复杂性并加快设计速度。
良好的第三方支持EDA工具，还允许用户在设计过程的不同阶段使用熟悉的第三方EDA工具。
另外，通过DSP Builder和Matlab / Simulink的组合，Quartus II可以实现多种DSP应用：支持Altera的片上可编程系统开发，将系统级设计，嵌入式软件开发以及可编程逻辑设计等集合在一起，形成一个全面的开发平台，作为Altera上一代PLD设计软件的Maxplus II由于其卓越的易用性而被广泛使用。
目前，Altera已经停止了更新，不在对MaxplusII 进行支持。
与Quurrus II相比，Quurrus II对图形界面以及支持类型都有极大的的影响和更改，Quartus II中包括了许多设计辅助工具，例如signalTapII，ChipEdtor和RILViewer等，该软件中还集成SOPC以及HardCopy的设计流程，并保持Maxplus II友好图形界面和易用性，。