本帖最后由 资深从业爱好者 于 2022-10-21 14:44 编辑
第1节 什么是 FPGA
FPGA 的全称为 Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列。 FPGA 是在 PAL、 GAL、 CPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物， 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。 简而言之， FPGA 就是一个可以通过编程来改变内部结构的芯片。
FPGA 功能实现：需要通过编程即设计硬件描述语言，经过 EDA 工具编译、综合、布局布线成后转换为可烧录的文件，
最终加载到 FPGA 器件中去，改变 FPGA 内部的连线，最终完成所实现的功能。
FPGA 性能对比：FPGA 相比于单片机、 CPU 等集成电路芯片拥有效率更高、功耗更低的特点，但是易于开发程度远远不如单片机、 CPU； 在数字芯片设计领域， FPGA 虽然相比 ASIC 具有更短的开发周期与开发难度， 但是其存在着成本过高、性能较差并且在资源的利用率上远不及 ASIC 等问题，不能真正的替代 ASIC。
第2节 FPGA 的基本结构
FPGA 可编程的特性决定了其实现数字逻辑的结构不能像专用 ASIC 那样通过固定的逻辑门电路来完成，而只能采用一种可以重复配置的结构来实现， 而查找表(LUT)可以很好地满足这一要求，目前主流的 FPGA 芯片仍是基于 SRAM 工艺的查找表结构。
FPGA 芯片参数指标：包含可编程逻辑模块的数量、固定功能逻辑模块（如乘法器）的数目及存储器资源（如嵌入式 RAM）的大小。
在最底层的可配置逻辑模块（如片上的逻辑单元） 上，存在着基本的两种部件：触发器和查找表（ LUT） ， 而触发器和查找表的组合方式不同，是各个 FPGA 家族之间区别的重要依据， 并且查找表本身的结构也可能各不相同（ 有 4 输入或 6 输入或其他）。
查找表（ Look-Up-Table）简称为 LUT， 其本质上就是一个 RAM。目前 FPGA 内部中多使用 4输入的 LUT，每一个 LUT 可以看成一个有 4 位地址线的 RAM。
当用户在 EDA 工具上通过原理图或 硬件描述语言设计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结果，并把真值表（即结果）事先写入 RAM 中。 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找表操作， 通过地址找到对应的 RAM 中的结果， 最后将其输出。以实现数字逻辑 Y=A&B&C 的功能为例。如果是在专用 ASIC 中，为了实现该逻辑，逻辑门都已经事先确定好， Y 的输出值为两个逻辑与运算后的结果，其基本的实现结构如下图所示：
对Y=A&B&C 的 利用FPGA 实现基本结构 ：
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