原创 FPGA 入门

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现场可编程门阵列（FPGA）是基于通过可编程互联连接的可配置逻辑块（CLB）矩阵的可编程半导体器件。与为特殊设计而定制的专用集成电路（ASIC）相对，FPGA 可以针对所需的应用或功能要求进行编程。

虽然具有一次性可编程（OTP）FPGA，但主要是基于 SRAM 的，其可随着设计的演化进行重编程。

了解方框图的各个焦点区域方面的详情，请参照如下内容。

图1

FPGA 结构图

IOB 详情

当今的 FPGA 支持很多 I/O 标准，这样就为您的系统提供了理想的接口连接。FPGA 内的 I/O 按组分类（见下图），每组都能够独立的支持不同的 I/O 标准。当今领先的 FPGA 提供了很多 I/O 组，这样就实现了 I/O 支持的灵活性。

CLB 详情

可配置逻辑块是 FPGA 内的基本逻辑单元。实际数量和特性会依器件的不同而不同，但是每个 CLB 都包含一个由4或6个输入、一些选型电路（多路复用器等）和触发器组成的可配置开关矩阵。开关矩阵是高度灵活的，可以进行配置以便处理组合逻辑、移位寄存器或 RAM。高级 CLB 简介如这里所示。相应器件的数据手册中提供了更系统的详情。

DCM 详情

业内大多数 FPGA 均提供数字时钟管理（Xilinx 的全部 FPGA 均具有这种特性）。数字时钟管理几乎消除了过去设计者在将全局信号设计到 FPGA 中时不得不面对的歪斜和其它问题。

FPGA 的一般特性

当今的 FPGA 已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（ASIC 型）块。  FPGA 内的基本元件如下。

可配置逻辑块（CLB）

CLB 是 FPGA 内的基本逻辑单元。实际数量和特性会依器件的不同而不同，但是每个 CLB 都包含一个由4或6个输入、一些选型电路（多路复用器等）和触发器组成的可配置开关矩阵。开关矩阵是高度灵活的，可以进行配置以便处理组合逻辑、移位寄存器或 RAM。相应器件的数据手册中提供了更系统的详情。

互连

CLB 提供了逻辑性能，灵活的互联布线在 CLB 和 I/O 之间发送信号。有几种布线方法，从专门实现 CLB 互联的到快速水平和垂直长线，再到实现时钟与其它全局信号的低歪斜发送的器件。除非特别规定，设计软件使得互联布线任务从用户眼前消失，这样就极大地降低了设计复杂度。

SelectIO（IOB）

当今的 FPGA 支持很多 I/O 标准，这样就为您的系统提供了理想的接口连接。FPGA 内的 I/O 按组分类，每组都能够独立的支持不同的 I/O 标准。当今领先的 FPGA 提供了很多 I/O 组，这样就实现了 I/O 支持的灵活性。

存储器

大多数 FPGA 均提供嵌入式 Block RAM 存储器，这可以在您的设计中实现片上存储器。这可以为您的设计实现片上存储器。Xilinx FPGA 在 36 kb 块中提供高达 10 Mb 的片上存储器，可以支持真正的双端口操作。

完整的时钟管理

业内大多数 FPGA 均提供数字时钟管理（Xilinx 的全部 FPGA 均具有这种特性）。Xilinx 推出的最先进的 FPGA 提供数字时钟管理和相位环路锁定。相位环路锁定能够提供精确的时钟综合，且能够降低抖动，并能够实现过滤功能。

FPGA 解决方案、应用和应用方案

由于具有可编程特性，所以 FPGA 是众多市场的理想之选。作为行业领袖，Xilinx 为各类市场和应用提供了全面的解决方案，包括 FPGA 器件，先进软件和可配置的现成 IP 核。

应用方案

• 
  
• 航天和军用
  用于实现图像处理、波形发生和 SDR 部分重配置的抗辐射 FPGA 与 IP 核。
  
• 汽车
  用于实现网关和驾驶员辅助系统、舒适、方便和车内信息娱乐的汽车芯片与 IP 解决方案。
  
• 广播
  在视频和音频被广泛采用（从演播室到生产与传输，再到消费类）的同时，该解决方案也实现了一系列广播链任务。
  
• 消费类
  成本效益型解决方案实现了新一代功能齐全的消费类应用，如智能手机、数字平板显示器、信息家电、家庭网络和住宅机顶盒。
  
• 工业/科学/医疗
  工业解决方案可以解决工业自动化、电机控制和高端医疗成像领域中的特殊市场需求和挑战。
  
• 存储器和服务器
  针对网络附加存储（NAS）、存储区域网络（SAN）、服务器、存储设备等的数据处理解决方案。
  
• 无线通信
  RF、基带、连接功能、用于无线设备的传输和网络解决方案、寻址标准（如 WCDMA、HSDPA、WiMAX 及其他）。
  
• 有线通信
  针对可重编程网络线卡包处理、成帧器/MAC、串行背板等的端到端解决方案