【FPGA原型验证】FPGA 技术：芯片和工具-当今的 FPGA 器件技术

时间：2025-04-06 来源：FPGA_UCY 关于我们 0

FPGA 技术：芯片和工具

本章的重点是基于FPGA的原型验证的现有技术，包括硬件和软件。它介绍了作为核心技术的 FPGA 的主要特点，以及与基于 FPGA 的原型开发相关的合成软件技术。以下各章将详细介绍如何使用这些技术。

请先阅读：【【FPGA原型验证】附录基础知识：FPGA/CPLD基本结构与实现原理】

3.1.当今的 FPGA 器件技术

FPGA 器件是基于 FPGA 的原型验证物理实现的核心。它是映射和实现 SoC 设计的地方，因此我们确实应该仔细研究它们以及我们用来与它们配合使用的工具。

多年来，FPGA 已经从普通的（按照今天的标准）可编程逻辑器件发展成为具有多功能架构特性的超大型逻辑阵列，并以惊人的时钟速率运行。

图 20 特别显示了随着架构的改进和硅技术按照摩尔定律的发展，FPGA 的容量也在不断提高。

事实上，那些为主要 FPGA 供应商生产 FPGA 器件的制造生产线（所有这些供应商都没有晶圆厂）都从生产超大型 FPGA 芯片的经验中获益匪浅，并能够相应地调整其工艺。因此，FPGA 的进步与整个硅技术的进步同步，

这一点不足为奇，而且我们应该期待它至少继续如此。事实上，在撰写本报告时，一些令人兴奋的新进展正在发生，三维集成电路技术的使用使一些FPGA 超越了摩尔定律。

投资基于 FPGA 的原型开发方法不应被视为因 FPGA 技术本身的稀缺而存在任何风险。

今天，让我们来仔细研究一下的领先技术：® -6 系列。

3.1.1.® -6 系列：最新 FPGA 的范例

本章将以赛灵思® FPGA 为例，因为截至本章撰写之时，赛灵思 FPGA 已成为业界广泛应用的基于 FPGA 的原型验证的首选。

® -6 系列是目前最新的 FPGA 系列，由 ® ® -5 架构发展而来，但功能更强、容量更大、性能更佳、功耗更低。

从表 2 中可以看出，采用更小的 CMOS 工艺几何形状制造，使最大的 - 5 和 -6 器件之间的逻辑容量增加了一倍多，此外，FF（触发器）与逻辑资源的比例也增加了一倍多，从而能够更好地支持流水线设计。

有关器件和体系结构的完整详细信息，可通过本书参考书目和附录中的一些资源获取，但现在让我们花一些时间来了解 FPGA 技术的各个部分，从基本逻辑块开始，了解每个逻辑块对我们基于 FPGA 的原型开发任务有多大帮助。

3.1.2.FPGA 逻辑块

顺序逻辑和组合逻辑在称为片的逻辑块中实现。片包含查找表（LUT）、存储元件和附加级联逻辑。

查找表（Look-Up-Table）简称为LUT，LUT本质上就是一个RAM。目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成一个有 4位地址线的的RAM。当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，PLD/FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能结果，并把真值表（即结果）事先写入 RAM，这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。