fpga原理及芯片结构介绍

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1、FPGA原理及芯片结构介绍FPGA入门知识首先要从FPGA的定义开始，什么是FPGA呢，有什么作用这些都是基本需要了解的东西。FPGA是可编程器件，目前以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代1C设计验证的技术主流。FPGA入门知识还应该包含FPGA工作原理、FPGA的基本特点、FPGA芯片结构等基础的知识，下面小编从以下儿个方面来对FPGA入门知识进行简单的介绍。FPGA工作原理FPGA采用了逻辑单元阵列LCA这样一个概念，内部包括可配罝逻辑模块CLB、输山输入模块IOB和内部连线三个部分

2、。FPGA利用小型查找表(16X1RAM)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的逻辑是通过叫内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器吊元屮的值决定了逻辑羊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，加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片內编程RAM中，配罝完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，

3、因此，FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通川的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只耑换一片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。FPGA是由存放在片内RAM中的程序來设置其工作状态的，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貫模式，采用不同的编程方式。FPGA的基本特点1)采用FPGA设计ASIC电路(专用集成电路)，用户不盂要投片生产，就能得到合用的芯片。2)FPGA可做其它全定制或半定制AS1C电路的中试样片。3)FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。

4、4)FPGA是ASIC电路屮设计周期最短、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。可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。FPGA芯片结构□□□D^D□□□□□□□□□□□□□CLBCICLBL1CBCLBCBCLBH3CLBCLBCBCLBmJbHCLBCLB□□□□E3PP□□□□爱板网2013-8-2713:45上传下载附件(64.96KB)目前主流的FPGA仍是基于查找表技术的，己经远远超出了先前版本的基本性能，并且整合了常用功能(如RAM、时钟管理和DSP)的硬核(A

5、SIC型)模块。FPGA芯片主要由7部分完成，分别为：可编程输入输出单元、基本可编程逻辑单元、完整的时钟管理、嵌入块式RAM、丰富的布线资源、内嵌的底层功能单元和内嵌专用硬件模块。1.可编程输入输出单元(IOB)可编程输入/输出单元简称I/O单元，是芯片与外界电路的接口部分，完成不同电气特性下对输入/输岀信号的驱动与匹配要求。为了便于管理和适应多种电器标准，FPGA的IOB被划分为若干个组(bank)，每个bank的接口标准由其接口电压VCCO决定，一个bank只能有一种VCCO，但不同bank的VCCO可以不同。只有相同电气标准的端口才能连接在一起，VCC◦电压相同是接口

6、标准的基本条件。PacksgrsnItIaUhbCKrcSR0ll-FCK1Ci爱板网I/O块内部结构图典堺的IOB内部结构示意阁2.可配置逻辑块(CLB)CLB是FPGA内的基本逻辑单元。CLB的实际数量和特性会依器件的不同而不同，但是每个CLB都包含一个可配置开关矩阵，此矩阵巾4或6个输入、一些选型电路(多路复用器等)和触发器组成。幵关矩阵是岛度灵活的，可以对其进行配罝以便处理组合逻辑、移位寄存器或RAM。4.嵌入式块RAM(BRAM)大多数FPGA都具有内嵌的块RAM,这大大拓展了FPGA的应用范围和灵活性。块RAM可被配置为单端口RAM、双端口RAM、内容地址存储器

7、(CAM)以及FIF◦等常用存储结构。CAM存储器在其部的每个存储单元屮都有一个比较逻辑，写入CAM屮的数裾会和A部的每一个数据进行比较，并返回与端口数据相同的所有数椐的地址，因而在路由的地址交换器屮有广泛的应用。除了块RAM,还可以将FPGA屮的1^1丁灵活地配罝成RAM、ROM和FIFO等结构。在实际应用屮，芯片内部块RAM的数量也是选择芯片的一个重要因素。4.丰富的布线资源布线资源连通FPGA内部的所有单元，而连线的长度和工艺决定着信号在连线上的驱动能力和传输速度。FPGA芯片闪部有着丰富的布线资源，根据工艺