什么是FPGA?

发布时间:2011-10-27 阅读量:2173 来源: 我爱方案网 作者:

FPGA的定义
FPGA英文全称为Field-Programmable Gate Array,即现场可编程门阵列。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,是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

FPGA的主要生产商

FPGA主要生产厂商Altera、Xilinx、Actel、Lattice、atmel,其中Altera作为世界老牌可编程逻辑器件的厂家,是可编程逻辑器件的发明者,开发软件 MAX+PLUSII和QuartusII。Xilinx是FPGA的发明者,拥有世界一半以上的市场,提供90%的高端65nmFPGA产品,开发软件为ISE。Actel主要提供非易失性FPGA,产品主要基于反熔丝工艺和FLASH工艺,其产品主要用于军用和宇航。

FPGA的基本特点
FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的,因此,工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式,采用不同的编程方式。

1)采用FPGA设计ASIC电路(专用集成电路),用户不需要投片生产,就能得到合用的芯片。

2)FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

3)FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。

4)FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。

5) FPGA采用高速CMOS工艺,功耗低,可以与CMOS、TTL电平兼容。

加电时,FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中,配置完成后,FPGA进入工作状态。掉电后,FPGA恢复成白片,内部逻辑关系消失,因此,FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器,只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时,只需换一片EPROM即可。这样,同一片FPGA,不同的编程数据,可以产生不同的电路功能。因此,FPGA的使用非常灵活。

FPGA的工作原理
FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)这样一个概念,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。 现场可编程门阵列(FPGA)是可编程器件。与传统逻辑电路和门阵列(如PAL,GAL及CPLD器件)相比,FPGA具有不同的结构,FPGA利用小型查找表(16×1RAM)来实现组合逻辑,每个查找表连接到一个D触发器的输入端,触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O,由此构成了即可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块,这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的,存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式,并最终决定了FPGA所能实现的功能, FPGA允许无限次的编程。

FPGA的注意五大事项


1.基础问题
FPGA的基础就是数字电路和HDL语言,想学好FPGA的人,建议床头都有一本数字电路的书,不管是哪个版本的,这个是基础,多了解也有助于形成硬件设计的思想。 在语言方面,建议初学者学习Verilog语言,VHDL语言语法规范严格,调试起来很慢,Verilog语言容易上手,而且,一般大型企业都是用 Verilog语言。

2.EDA工具问题
熟悉几个常用的就可以的,开发环境QuartusII ,或ISE 就可以了,这两个基本是相通的,会了哪一个,另外的那个也就很Easy了。功能仿真建议使用Modelsim ,如果你是做芯片的,就可以学学别的仿真工具,做FPGA的,Modelsim就足够了。综合工具一般用Synplify,初学先不用太关心这个,用 Quartus综合就OK了。

3.硬件设计思想问题

对于初学者,特别是从软件转过来的,设计的程序既费资源又速度慢,而且很有可能综合不了,这就要求我们熟悉一些固定模块的写法,可综合的模块很多书上都有,语言介绍上都有,不要想当然的用软件的思想去写硬件。

4.学习习惯问题
FPGA学习要多练习,多仿真,signaltapII是很好的工具,可以看到每个信号的真实值,建议初学者一定要自己多动手,光看书是没用的。 关于英文文档问题,如果要学会Quartus II的所有功能,只要看它的handbook就可以了,很详细,对于IT行业的人,大部分知识来源都是英文文档,一定要耐心看,会从中收获很多的。

5.算法问题
做FPGA的工程师,最后一般都是专攻算法了,这些基础知识都是顺手捏来的,如果你没有做好搞理论的准备,学FPGA始终只能停留在初级阶段上。 对于初学者,数字信号处理是基础,应该好好理解,往更深的方向,不用什么都学,根据你以后从事的方向,比如说通信、图像处理,雷达、声纳、导航定位等。




相关资讯
核心对比!无源晶振与有源晶振在结构和工作原理的本质区别

无源晶振与有源晶振是电子系统中两种根本性的时钟元件,其核心区别在于是否内置振荡电路。晶振结构上的本质差异,直接决定了两者在应用场景、设计复杂度和成本上的不同。

温度稳定性对RTC晶振的计时误差影响与分析

RTC(实时时钟)电路广泛采用音叉型32.768kHz晶振作为时基源,但其频率稳定性对温度变化极为敏感。温度偏离常温基准(通常为25℃)时,频率会产生显著漂移,且偏离越远漂移越大。

从参数到实践!剖析有源晶振的频率稳定度、老化率及正确接线方案

有源晶振作为晶振的核心类别,凭借其内部集成振荡电路的独特设计,无需依赖外部电路即可独立工作,在电子设备中扮演着关键角色。本文将系统解析有源晶振的核心参数、电路设计及引脚接法,重点阐述其频率稳定度、老化率等关键指标,并结合实际电路图与引脚定义,帮助大家全面掌握有源晶振的应用要点,避免因接线错误导致器件失效。

如何对抗晶振老化?深入生产工艺与终端应用的防老化指南

晶振老化是影响其长期频率稳定性的核心因素,主要表现为输出频率随时间的缓慢漂移。无论是晶体谐振器还是晶体振荡器,在生产过程中均需经过针对性的防老化处理,但二者的工艺路径与耗时存在显著差异。

无源晶振YSX321SL应用于高精度HUD平视显示系统YXC3225

在现代汽车行业中,HUD平视显示系统正日益成为驾驶员的得力助手,为驾驶员提供实时导航、车辆信息和警示等功能,使驾驶更加安全和便捷。在HUD平视显示系统中,高精度的晶振是确保系统稳定运行的关键要素。YSX321SL是一款优质的3225无源晶振,拥有多项卓越特性,使其成为HUD平视显示系统的首选。