【芝士】VLSI第二讲：FPGA结构基础

微时灬暮雨

作为上次企划的后续，本次介绍一下FPGA的基础知识，为后面的内容分享打好基础
/ W0 a( c# C, t3 z7 m; G
一、定义
3 \9 ]' l. _  m  rASIC：Application Specific Integrated Circuit 专用集成电路，如CPU、GPU、DSP
" `$ G" M% {' i2 `设计人员根据特定的应用需求，设计专用的逻辑电路，之后生成网表，交给芯片制造厂家（TSMC）流片
流片后，内部逻辑电路就固定了，芯片的功能也就固定的
优点：
2 q9 I4 _6 r* G) ^" J1、性能优越
2、可靠性高
' ~( w# J+ U- H8 e3、大批量下单位成本低
缺点：
1、开发周期长、设计工具及设计流程复杂、快速进入市场的压力大
2、功能固定，不利修改和扩展
3、NRE费用高
0 m% N9 U1 ?9 x3 y* [6 C2 N. G4、设计工具及开发人员昂贵
用途：
% y; D( \8 K& f: `8 S( p6 c! i8 @1、设计规模大，复杂度高的芯片
2、成熟度高，产量大的产品

6 v7 r$ @6 m) S+ Q, E* E
FPGA：Field Programmable Gate Arrays 现场可编程门阵列，如Xilinx、Altera（Intel）
; T. P4 h+ M6 c/ I  ?8 |设计人员根据需求选择FPGA器件，然后设计逻辑电路，下载到FPGA器件中去，
1 Z" S7 F& G6 A6 B$ ?实现需求的电路功能，随时可以修改电路功能
- ~5 V8 ?- ?3 s优点：
1、开发初期无投入资金壁垒
8 @% R! a' P) P* W) [8 c. Y" F0 R2、设计工具使用方便，设计简单快速
6 @! p. ]4 ^5 p4 j3、产品原型机开发时间短 管脚定义灵活，便于PCB布板
4、随时进行硬件功能设计修改
( s/ |- S) d6 Y缺点：
1、单位成本高
2、可靠性低/功耗大
/ T# y" P0 J0 B8 ?0 U% {; K7 ?3、性能低
用途：
1、要求快速迭代或者小批量产品
2 E$ K, B  S' o2 |6 j2、作为ASIC的算法验证加速
6 E2 W. s8 o, n, L' B
二、FPGA基本结构
1、CLB, Configurable Logic Block：可配置逻辑块，主要的逻辑资源 。组合逻辑、时序逻辑和存储单元
; B, e7 N: Y  h; L' \" W2、Programmable I/O Block：可编程的I/O模块，芯片与外部的接口；不同电气特性输入/输出信号的驱动和匹配
$ P4 t8 D: K, M4 q# ^! l( x3、Programmable Interconnect：CLB之间或CLB和IOB之间进行互连
4、Configuration Memory ：通过写配置存储器实现系统功能，“可编程”的概念CLB实现的逻辑、CLB之间的互连、CLB和IOB之间互连；用户不可见；往配置存储器中写入不同的内容，实现不同的系统功能
4 I: o2 v3 S; F0 |& ]
0 M* J8 f: V2 e9 \
& J, ^3 k$ x- @, }0 u- v5、Block RAM：增加片上存储资源；单端口RAM、双端口RAM、FIFO等
. A* S, B/ s1 f) E* ?6、专用DSP模块：加法器、乘法器、累加器
7、嵌入式处理核 ：软核：PicoBlaze核、MicroBlaze核；硬核：ARM核、PowerPC核
8、外设接口 ：PCI-E接口；Ethernet结构
. o  N+ M  S6 L, Y, [8 E
7 n' |; S( m6 C$ e1 Z# G
/ w& _0 L& U5 }5 B- F  Z0 ]
- e7 k7 [1 y9 w+ l7 {5 `三、查找表LUT
对于一个n输入的逻辑运算，不管是与、或、非运算还是异或运算，最多只可能存在2^n种结果
如事先将相应的结果存放于一个存储单元，就相当于实现了逻辑运算电路的功能
# x% T* P1 U' B- @, M
7系列FPGA采用6-输入LUT结构:
/ ~# s1 i* C3 _& ?8 E5 w, F1、实现任意6-输入逻辑功能
: p- t) U7 v- o6 s! d2、4选1的多路选择器

多路选择器拼接 ：实现更多输入的逻辑功能
9 l# f2 V! H9 Y9 `/ K: @& `6 U
8 d5 V) |7 ^$ S( o: h2 T两个LUT
1、任意7-输入逻辑功能
2、8选1的多路选择器
0 H0 c& i# L. H. k& u. m* S# }
, R7 [9 w5 I9 C四个LUT
& l- ~& U# G" {1、任意8-输入的逻辑功能
0 _. M+ L( D2 D& Z2、16选1的多路选择器

" [# o- @6 }* R% [/ ]" n（好累，就写到这儿了）
% L9 l; v+ J& k0 p1 H# g2 J



( ]4 Z2 X$ ~0 Y7 `! ~$ @9 F/ e; g3 e

  @: ^, D4 c$ q% n7 C- \
; J$ l3 p9 B$ n$ f$ m: X" W

火焰米奇龙王

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rpousty

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青叶1

？我居然在老王看fpga