邻家大饼
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FPGA学习笔记-中科院杨海钢老师课程笔记（1）

FPGA简介

  1. 可编程门阵列
  2. 硬件可编程
  3. 可进行并行信号处理，海量数据可重构计算

什么是FPGA？

将数字电路综合、映射、布局布线到由一般路由矩阵和可配置逻辑块中。

特征

  • 可以在硅制造完成后，芯片的编程可以被改变，所以FPGA称为现场可编辑逻辑阵列
  • 短系统开发周期
  • 设计可重构，能够对系统进行改变更新，设计的BUG可以容易且快速的修复
  • 高度集成化可以节省电路板的空间
  • 拥有许多现成的解决方案

为什么选择FPGA而不是ASIC

ASIC是专业定制集成电路，在成本，周期，以及使用工艺上要求都远远高于FPGA。

PLD发展

PLA:可编辑逻辑阵列
PAL:可编程阵列逻辑
CPLD:复杂编程逻辑
FPGA:现场可编辑门阵列

PLA

  • 阵列元件位置固定，由一些可熔断的开关门可以改变连接逻辑。
  • PLA由线与和线或门构成
  • 如下图，表示为：Q0=AB +CD

FPGA学习笔记-中科院杨海钢老师课程笔记（1）_第1张图片

PAL

两级的PLA难以制造且无法解决传输延时所以创造了PAL

  • 下图表示为：Q0=AB +CD
  • 可以发现交换机的数量减少，其速度比PLA更快
    FPGA学习笔记-中科院杨海钢老师课程笔记（1）_第2张图片

CPLD

  • PAL和PLA可用变量数依赖于其输入变量数，输出函数依赖于输出引脚数，不可能容纳大的逻辑容量
  • 随着集成电路发展，可以将PLD集成在CPLD中。相当于把很多PLD放在一起，变成了一群PLD叫做CPLD
  • 如下图，最外层是I/O单元；中间的PLD是逻辑功能块；中间的线是开关矩阵
  • 逻辑块之间的连接就如同普通的PLD一样；中间的互联线可能全部连接也可能全不连接；这样的连接方式可能使CPLD存在着冗余
    FPGA学习笔记-中科院杨海钢老师课程笔记（1）_第3张图片

FPGA结构

  • 外部是I/O接口，中间是一般逻辑块、内存块、累加块MAC构成，这些快的外部是灰色的可以改变连接的互连线
  • 现在的FPGA平台除了可编程阵列外，还有高性能时钟模块等
  • 晶体管负责互连线之间的互连，SARM负责晶体管的开关
  • 一般并行处理使用fpga，不用CPU

FPGA学习笔记-中科院杨海钢老师课程笔记（1）_第4张图片

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