FPGA相关知识1

FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它允许用户根据需求配置其内部结构，实现各种复杂的数字逻辑功能。FPGA的基本构建块包括查找表（LUT）、D触发器、可编程输入输出单元（IOB）、可配置逻辑块（CLB）、数字时钟管理模块（DCM）、嵌入式块RAM（BRAM）以及丰富的布线资源等。 1. 查找表（LUT）：LUT是FPGA中实现组合逻辑的核心单元。通常，它们是6输入的查找表，可以根据预编程的查找表配置来实现任何6变量的布尔函数。多个LUT可以通过多路复用器连接，以实现更复杂的逻辑功能。 2. D触发器：D触发器是FPGA的时序逻辑基础，用于存储数据并在时钟沿捕获或输出数据。每个CLB中都包含D触发器，它们用于保持状态信息并实现时序路径。 3. IOB（可编程输入输出单元）：IOB是FPGA与外部电路交互的接口。IOB可以配置为满足不同的电气标准和速度要求，支持DDR双数据率，并且可以进行精细的延迟调整，以优化信号传输时序。 4. CLB（可配置逻辑块）：CLB是FPGA的主要逻辑构造单元，由多个Slice组成，每个Slice通常包括4个6输入LUT、3个多路复用器、8位进位链和8个DFF。SliceM扩展了SliceL的功能，增加了分布式RAM和移位寄存器。CLB可以根据设计需求灵活地配置为组合逻辑、时序逻辑、分布式存储器或ROM。 5. DCM（数字时钟管理模块）：DCM提供时钟管理和相位锁定功能，能生成精确的时钟信号，降低抖动，并实现滤波。每个IO组包含一个CMT，其中MMCM用于宽范围频率合成和抖动过滤，而PLL则提供基本的分频和倍频功能。 6. BRAM（嵌入式块RAM）：BRAM是较大的内存单元，可以配置为单端口、双端口RAM、CAM或其他存储结构。CAM在搜索应用中特别有用，因为它可以在内部存储器中执行比较操作。 7. 布线资源：FPGA的布线资源分为全局、长线、短线和分布式四种类型，它们负责连接内部单元，确保信号的快速、准确传输。 8. 底层内嵌功能单元：这些单元包括DLL、PLL、DSP核和CPU软核等，用于实现高精度时钟操作、数字信号处理和特定功能集成。 9. FPGA最小系统：一个基本的FPGA系统通常需要FPGA芯片、JTAG下载电路、外部时钟源、复位电路、配置存储（如Flash）和电源。由于FPGA基于SRAM工艺，断电后配置会丢失，所以需要非易失性存储器来保存配置信息。 通过理解这些基本知识点，开发者可以更好地利用FPGA进行硬件加速、原型验证、定制化系统设计等各种应用。FPGA的灵活性和高性能使其在通信、航空航天、医疗设备、数据中心等多个领域都有广泛应用。