fpga基础

1.FPGA 的分类：

　根据 FPGA 基本结构，可将其分为基于乘积项（Product-Term）技术的 FPGA 和基于查找表（Look-Up-Table）技术的 FPGA 两种。

　（1）基于乘积项技术的 FPGA 主要由 3 个模块组成：逻辑单元阵列（Logic Cell Array）、可编程连线（PIA）和 I/O 控制块。

• 逻辑单元阵列：是 FPGA 的基本结构，由它来实现基本的逻辑功能。
• 可编程连线：    负责信号传递，连接所有的宏单元。
• I/O 控制块：     负责输入/输出的电气特性控制。

（2）查找表简称为 LUT，其本质就是一个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 16×1的 RAM。

• LUT抽象描述：当用户通过原理图或 HDL 语言描述了一个逻辑电路以后，FPGA 开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能的结果，并把结果事先写入 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。
• LUT缺陷：由于 SRAM 工艺的特点，掉电后数据会消失，因此调试期间可以通过电缆配置 FPGA 器件，调试完成后，需要将数据固化在一个专用的 EEPROM 中（用通用编程器烧写），上电时由这片 EEPROM 对 FPGA 加载数据，十几个毫秒后 FPGA 即可正常工作（亦可由 CPU 配置 FPGA）。此类型的 FPGA 一般不可以进行程序加密。

2.下载可执行程序：

　　在完成 FPGA 开发以后，软件会生成一个最终的编程文件，不同类型的 FPGA 使用不同的方法将编程文件加载到 FPGA 中。

• 基于乘积项（Product-Term）技术的 FPGA 一般采用 EEPROM（或 Flash）保存程序。
  
• 基于查找表技术（Look-Up table）技术常使用 SRAM 保存程序。
• 除了上述的两种 FPGA 外，还有一种反熔丝（Anti-fuse）技术的 FPGA

3.FPGA器件叫法：

• XILINX 把基于查找表技术、使用SRAM 工艺、要外挂配置用 EEPROM 的 PLD 叫 FPGA；
• ALTERA 把自己的 PLD 产品 MAX 系列（乘积项技术，EEPROM 工艺）、FLEX 系列（查找表技术，SRAM 工艺）都叫作 CPLD，即复杂 PLD（Complex PLD）；但由于 FLEX 系列也是 SRAM工艺、基于查找表技术、要外挂配置用的 EPROM，用法和 XILINX 的 FPGA 一样，所以很多人把ALTERA 的 FELX 系列产品也叫做 FPGA。

4.片上系统概念：

　　指单个芯片上集成一个完整的系统，一般包括：系统级芯片控制逻辑模块、微处理器/微控制器内核模块、数字信号处理器模块、存储器或存储器控制控制模块、与外部通信的各种接口协议模块、含有ADC/DAC的模拟前端模块、电源及功耗管理模块。

5.fpga开发细节：

　　需求分析、模块划分、设计输入、语法检查、综合、功能仿真、全编译、时序约束、实现（翻译、映射、布局布线）、仿真和板级调式。

• 需求分析：器件选型、逻辑资源大小选择、I/O个数考虑、信号电平和系统功耗要求、存储器大小、内嵌功能模块考虑。
• 模块划分：划分的最基本原则是以功能划分为主，有时也按着数据流（并行或顺序）来划分。（主要是在项目分配工作阶段）。
• 设计输入：包括原理图输入、代码输入、搭建SOPC平台。
• 综合：指较高层次的电路描述转化为较低层次的电路描述。具体的说，就是将代码设计（代码输入）转化为底层的与门、非门、RAM触发器等基本逻辑单元相互连接而成的网表。
• 时序约束：工程全局约束---->I/O时序约束------>指定约束。
• 仿真：行为仿真（设计输入完成阶段后进行）、功能仿真（综合优化阶段结束后进行）、时序仿真（实现阶段进行）。
• 板级调试：下载配置完成后进行。

6.fpga开发过程：

　　（1）利用硬件描述语言（HDL）从上层到下层（从抽象到具体）逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表是极其复杂的数字系统。

　　（2）然后利用电子设计自动化（EDA）工具逐层进行仿真验证，再把其中需要变为具体物理电路的模块组合经由自动综合工具转换到门极电路网表。

　　（3）接下去再用专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列（fpga）自动布局布线工具把网表转换为具体电路布线结构的实现。

　　注意：在制成物理器件之前，具体基本元件可用 verilog 的门极模型（原语元件或 UDP）来代替..

7.Verilog HDL和·VHDL：

　　均是硬件描述语言（HDL）的一种。