FPGA新手入门，原理与结构

### FPGA新手入门，原理与结构 #### 可编程逻辑器件（PLD）及现场可编程门阵列（FPGA） **可编程逻辑器件（PLD）**与**现场可编程门阵列（FPGA）**均属于现代电子设计领域的重要组成部分，两者虽然在实现原理上有所差异，但本质上都是用于实现数字逻辑电路设计的技术。本文旨在为初学者提供一个对PLD/FPGA的基本概念理解。 #### PLD与FPGA的功能与应用 - **数字逻辑功能的实现**：无论是高性能的中央处理器(CPU)还是简单的74系列集成电路，都能够通过PLD/FPGA技术来实现。 - **设计灵活性**：PLD/FPGA技术允许工程师像在一张空白画布上创作一样自由地设计数字系统，既可以采用传统的原理图输入方式，也能通过硬件描述语言(HDL)来进行设计。 - **验证与修改**：在设计过程中，可以通过软件仿真工具验证设计方案的正确性。即使在电路板(PCB)完成后，依然能够利用PLD/FPGA的在线修改能力进行设计调整，而无需改变硬件电路。 - **设计周期与成本优化**：使用PLD/FPGA技术能够显著缩短设计周期、减少PCB面积，同时还能提高系统的可靠性和稳定性，从而降低了整个项目的成本。 #### PLD/FPGA的发展历程及其重要性 自20世纪70年代以来，PLD技术随着EDA软件和HDL的进步不断发展，已经成为电子设计领域不可或缺的一部分。PLD技术的重要性不亚于单片机的发明与应用，其对电子产业的影响深远。 #### 如何使用PLD/FPGA - **开发软件的选择**：为了高效地进行PLD/FPGA设计，开发者需要掌握特定的开发软件。市面上有多种开发工具可供选择，包括Altera的Quartus II、Xilinx的ISE WebPack、Lattice的ispLEVER等。这些工具通常提供免费试用版或演示版，适合初学者使用。 - **硬件描述语言的应用**：除了图形界面输入外，还可以使用硬件描述语言如VHDL或Verilog HDL进行设计。对于复杂的项目，通常还需要结合其他专业HDL开发软件以增强设计能力。 #### PLD/FPGA的分类 - **基于乘积项（Product-Term）技术**：这类PLD适用于5,000门以下的小规模设计，适合做复杂的组合逻辑，如译码。 - **基于查找表（Look-Up Table）技术**：SRAM工艺的PLD/FPGA具有更高的密度和更多的触发器，适用于10,000门以上的大规模设计，特别适合实现复杂的时序逻辑。 #### 编程与配置 - **编程方法**：对于EEPROM或Flash工艺的PLD，可以通过ISP在线编程的方式进行配置。这种方式只需要一条编程电缆连接计算机和平行打印机接口，即可实现设备的编程。 - **编程工具**：多数PLD/FPGA供应商都会提供相应的编程工具，如Altera的ByteBlaster，这些工具简化了编程过程，使得用户能够在没有额外硬件的情况下独立完成器件配置。 #### 总结 PLD/FPGA技术在现代电子设计中扮演着至关重要的角色，不仅提供了灵活高效的数字逻辑设计解决方案，还极大地促进了电子产业的发展。对于新手来说，掌握基本的PLD/FPGA原理和结构是非常重要的第一步。通过选择合适的开发软件、学习硬件描述语言以及了解编程方法，可以快速进入这一充满机遇的领域。