《深入浅出玩转FPGA第三版》学习心得 |
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初识FPGA
关于FPGA的一些基本概念
FPGA取自Field Programmable Gate Array这四个英文单词的首个字母,译为“现场可编程门阵列”。FPGA是一块全部由“开放式门”组成的计算机芯片,工程师可以根据需要进行灵活编程。FPGA具有低成本、高灵活性。 ASIC和ASSPASIC是专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit)的简称,ASSP是专用标准产品(Application Specific Standard Parts)的简称。它俩在电子产品中无所不在,比FPGA普及得多得多,但是它们功能相对固定,是为了专一功能或专一应用领域而生。 FPGA正向高集成、高性能、低功耗、低价格的方向发展。 ARM和DSPARM(Advanced RISC Machines)既是指微处理器行业的一家知名企业,又指ARM公司的处理器,即ARM处理器。ARM通常包含一颗强大的处理器内核,且为这颗处理器配套了许多成熟的软件工具以及高级编程语言。 DSP(Digital Singnal Procrssor),即数字信号处理器,是一种有自己完整指令系统,能进行高速、高吞吐量的数字信号处理的微处理器,它更加“专”,是为各种数学运算量身打造的,对各种语音、数据和视频做运算处理。 FPGA的可编程性使其强大,但是它的成本、功耗和开发复杂性较高。这些方面,ARM和DSP弥补了FPGA带来的缺憾。 FPGA、ARM和DSP互有优劣,各有所长,在未来很长时间内呈三足鼎立的局面。 Verilog与VHDL早期的FPGA开发是通过绘制原理图实现的,后来被代码输入方式取代。 FPGA的设计代码,只有Verilog和VHDL最终脱颖而出。Verilog具有易于使用、快速上手的特点,VHDL相对于Verilog严谨许多。 Altera、Xilinx和Lattice半导体行业更讲历史底蕴,FPGA供应商Altera(已被Intel公司收购)和Xilinx历史最为久远,在行业内具有统治地位。2000年后,Altera和Xilinx牢牢把持住中高端市场,Lattice只能占据低端市场。 关于FPGA的基本结构不同FPGA厂商的器件内部结构大同小异,但是它们在这些内部器件结构单元的称呼和命名上略有不同,这里以Xilinx FPGA的内部结构为例。 FPGA的基本结构通常包含以下一些模块单元: 如下图, 这些基本单元组合在一起构成了最基本的FPGA架构,足以完成几乎所有算法的实现,但是在运算吞吐量、资源以及最大时钟频率等方面会遇到很大的瓶颈。 基本FPGA架构FPGA为保证能够最大程度地发挥其性能优势,在器件内部增加了很多额外的用于运算或数据存储的模块单元: 这些模块单元使得当前主流FPGA器件结构演变为下图所示形式: 目前主流的FPGA架构评估一颗FPGA器件的内部资源时,除了在意逻辑资源、I/O引脚数量、时钟布局资源以及RAM资源以外,还关心内部乘法器运算资源。 查找表、触发器、DSP48块、BRAM及其他存储器介绍略。 |
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