第 1 章 引言
FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写,即现场可编程门阵列,它是在
PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路
(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可
编程器件门电路数有限的缺点。
FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)这样一个新概念,内部包括可配置
逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输出输入模块IOB(Input Output Block)和
内部连线(Interconnect)三个部分。它与分立元件相比,具有速度快、容量大、功耗小
和可靠性高等优点。由于集成度高,设计方法先进、现场可编程,可以设计各种数字电路,
因此,在通信、数据处理、网络、仪器、工业控制、军事和航空航天等众多领域内得到了
广泛应用。不久的将来将全部取代分立数字元件,目前一些数字集成电路生产厂商已经停
止了分立数字集成电路的生产。此外,FPGA还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特
性,使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。因此,FPGA技术的应用前景非常广
阔。
VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,超
高速集成电路硬件描述语言)诞生于1982年,是由美国国防部开发的一种快速设计电路的
工具,目前已经成为IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers)
的一种工业标准硬件描述语言。相比传统的电路系统的设计方法,VHDL具有多层次描述系
统硬件功能的能力,支持自顶向下(Top to Down)和基于库(LibraryBased)的设计的特
点,因此设计者可以不必了解硬件结构。从系统设计入手,在顶层进行系统方框图的划分
和结构设计,在方框图一级用VHDL对电路的行为进行描述,并进行仿真和纠错,然后在系
统一级进行验证,最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表,下载到具
体的FPGA器件中去,从而实现可编程的专用集成电路(ASIC)的设计。
波形发生器在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。例如在通信、广播、电视系统
中,都需要射频(高频)发射,这里的射频波就是载波,把音频(低频)、视频信号或脉
冲信号运载出去,就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内,如
高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等,都需要功率或大或小、频率或
高或低的振荡器。