时间：2024-07-29 来源：网络搜集 关于我们 0
FPGA是用来实现数字逻辑电路功能的芯片。目前市场上份额最大的有两家公司，为xilinx和altera（被intel收购）。
FPGA是基于查找表（LUT）结构的器件。FPGA为什么能实现数字电路功能，基于这一思想：设计者设计的数字电路，如果有n个输入，则最多有2的n次方个结果，如果将所有结果存在一个存储单元里面，就相当于实现了与非门的功能。
查找表本质上就是一个RAM，一般为4输入，也有6输入的，比如xilinx的7系列，更先进。
FPGA的原理，设计者通过原理图或者硬件描述语言描述了一个逻辑电路后，FPGA厂商提供的集成开发工具算出这个逻辑电路的所有结果，将真值表写入RAM中，这样每输入一个信号进行逻辑电路运算，都等于输入了一个地址进行查表，找到地址对应的内容，然后输出内容即可。比如有abcd4个输入，abcd为0001，输出y在真值表上是1。在查找表上，相当于，查找地址0001，找到地址对应的内容，内容结果是1。
从真值表上看，查找表与数字逻辑电路具有相同的功能，查找表执行速度更快，规模更大。
FPGA里面主要逻辑资源为可配置的逻辑块（CLB），用于实现时序和组合电路。每个CLB里面包含了查找表，触发器，算术逻辑进位，触发器。然后每个CLB还连接一个开关矩阵，用于访问布线资源。
FPGA里面还有IOB,BRAM,DCM,DCI，布线资源等内部功能模块，暂且不提。
要完整实现一个数字电路，过程为：
1.设计硬件电路
分为三步，1画原理图，2画pcb，3生产电路板和焊接元器件。
通俗的讲，就是如何在电路板上焊上FPGA和其它元器件，FPGA需要外围电路支持才能工作，比如电源，晶振，jtag接口等。画原理图就是设计电路板，需要哪些元器件，各元器件引脚怎么连接，连到哪儿。画pcb就是根据原理图，元器件放在什么位置，把元器件的引脚都画出来，到时候造出电路板可以把元器件焊上去，然后画走线，哪个元器件引脚连哪个元器件引脚，都画出来。电路板造出来，焊好元器件，通过了简单测试。
这时候就搭建好了实现数字电路功能的FPGA硬件平台。
2.设计软件功能
设计好数字电路功能后，需要把设计用某种形式表示出来，输入给EDA开发工具，常用方法是用硬件描述语言。用verilog HDL来编程，它是硬件描述语言，写好程序，综合优化，布局布线，通过后，生成执行文件，烧写进FPGA中执行，也就是调试。当然严格来说，需要进行功能仿真，综合后仿真，时序仿真，板级仿真，这些都暂且不提。如果程序写的够好，一般仿真就没问题。
因为是描述语言，比较高级，所以需要综合这个功能，把我们的描述转化成低层次的描述，也就是将设计输入编译成各种门，触发器，RAM等逻辑基本单元组成的逻辑连接网表。这个逻辑连接网表还没连线，所以不是真实的门级电路。真实的门级电路需要通过布局布线功能实现。最后就生成位数据流文件，也就是执行文件，通过JTAG接口烧写进FPGA。
因为主流FPGA可以反复烧写程序，一般也不内置存储器，所以断电后程序就没了，需要重新烧写。给它外部配上一个存储器，把程序存在存储器里，这样断电再上电，FPGA会自己读存储器里的程序，实现可持续的执行。
