原创 FPGA原理和结构

FPGA即现场可编程门阵列，是一种可通过编程实现各种逻辑功能的半导体器件。其基本组成部分包括：

1. 可配置逻辑块（CLB）：CLB是FPGA的核心，主要负责实现用户定制的逻辑功能。每个CLB包含一个或多个查找表（LUT），用于实现逻辑函数，以及一些寄存器，用于存储时序电路的状态信息。
2. 输入输出块（IOB）：IOB是FPGA与外界通信的接口，每个IOB控制一个外部引脚的输入输出，支持不同的电气标准，如LVTTL、LVCMOS、SSTL、HSTL等，以满足不同应用场景的需求。
3. 布线资源：布线资源负责在FPGA内部传输信号，包括用于连接CLB和IOB的通用布线资源，以及用于实现高速、长距离连接的专用布线资源。
4. 时钟管理单元：时钟管理单元负责为FPGA内的逻辑块提供稳定的时钟信号，包括时钟源选择、分频、倍频、移相和时钟信号分配等功能。这些单元通常由锁相环（PLL）或延时锁定环（DLL）等电路组成，对于保证FPGA设计的性能和稳定性至关重要。
5. 嵌入式块RAM（BRAM）：BRAM提供片上数据存储能力，可配置为单端口或双端口RAM，用于缓存数据或存储逻辑电路中的参数。
6. 底层内嵌功能单元和专用硬核：底层内嵌功能单元（如乘法器、加法器等）和专用硬核（如ARM处理器、高速串行收发器等）提供了额外的处理能力和接口功能，大大扩展了FPGA的应用范围。

FPGA因其灵活性和可编程性，在通信、数字信号处理、软件定义无线电等领域得到了广泛应用。通过现场编程，设计师可以快速迭代和验证其设计，而不需要经历漫长的芯片设计周期。