學習 FPGA之前的基礎知識



在學習一門技術之前往往應該從它的編程語言入手,比如學習單片機時,往往從匯編或者C語言入門。所以不少開始接觸FPGA的開發人員,往往是從VHDL或者Verilog開始入手學習的。但小編認為,若能先結合《數字電路基礎》系統學習各種74系列邏輯電路,深刻理解邏輯功能,對於學習HDL語言大有裨益,往往會起到事半功倍的效果。

當然,任何編程語言的學習都不是一朝一夕的事,經驗技巧的積累都是在點滴中完成,FPGA設計也無例外。

一些基礎知識:

硬件設計基本原則

FPGA(Field-Programmable Gate Array),即現場可編程門陣列,它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路領域中的一種半定制電路而出現的,既解決了定制電路的不足,又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

速度與面積平衡和互換原則:

一個設計如果時序余量較大,所能跑的頻率遠高於設計要求,能可以通過模塊復用來減少整個設計消耗的芯片面積,這就是用速度優勢換面積的節約;

反之,如果一個設計的時序要求很高,普通方法達不到設計頻率,那么可以通過數據流串並轉換,並行復制多個操作模塊,對整個設計采用“乒乓操作”和“串並轉換”的思想進行處理,在芯片輸出模塊處再對數據進行“並串轉換”。從而實現了用面積復制換取速度的提高。

硬件原則:應當理解HDL本質。

系統原則:應當整體把握。

同步設計原則:設計時序穩定的基本原則。

Verilog作為一種HDL語言,對系統行為的建模方式是分層次的。

比較重要的層次有系統級、算法級、寄存器傳輸級、邏輯級、門級、電路開關級。

實際工作中,除了描述仿真測試激勵時使用for循環語句外,極少在RTL級編碼中使用for循環。

這是因為for循環會被綜合器展開為所有變量情況的執行語句,每個變量獨立占用寄存器資源,不能有效的復用硬件邏輯資源,造成巨大的浪費。一般常用case語句代替。

if…else…和case在嵌套描述時是有很大區別的。

if…else…是有優先級的,一般來說,第一個if的優先級最高,最后一個else的優先級最低。而case語句是平行語句,它是沒有優先級的,而建立優先級結構需要耗費大量的邏輯資源,所以能用case的地方就不要用if…else…語句。

補充:1.也可以用if…; if…; if…;描述不帶優先級的“平行”語句。

FPGA一般觸發器資源比較豐富,而CPLD組合邏輯資源更豐富。

FPGA和CPLD的組成。

FPGA基本有可編程I/O單元、基本可編程邏輯單元、嵌入式塊RAM、豐富的布線資源、底層嵌入功能單元和內嵌專用硬核等6部分組成。

CPLD的結構相對比較簡單,主要由可編程I/O單元、基本邏輯單元、布線池和其他輔助功能模塊組成。


 

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作者:杭州卿萃科技ALIFPGA

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