FPGA基础入门：定义、IP核与工作原理

FPGA基础知识文档深入探讨了现场可编程门阵列(FPGA)这一先进的半导体技术。FPGA作为ASIC领域内的半定制电路，它结合了定制电路的优势，解决了门电路数量有限的问题，使得设计者能够灵活地根据需求进行配置。这种灵活性使得FPGA在现代电子设计中扮演着重要角色。 IP核或IP库是文档中的关键概念，它们是预先设计好的、具有可调整参数的模块，如FIR滤波器、SDRAM控制器和PCI接口等。使用IP核显著减少了工程师的工作量，避免了重复设计，随着FPGA规模的扩大和复杂度提升，集成预设计IP成为行业趋势。 FPGA的宏单元，也就是逻辑单元，是其最基本的构建模块，不同厂商对其有不同的称呼，如ALTERA的LE和Xilinx的Slices。每个逻辑单元通常包含组合逻辑和时序逻辑部分，虽然具体数量可能会因厂家而异，但一般推荐用触发器的数量来衡量FPGA的实际规模，因为这能提供更准确的比较。 FPGA的工作原理基于逻辑单元阵列(LCA)，由可配置逻辑模块CLB、输入输出模块IOB以及内部连线组成。FPGA的独特性体现在以下几个方面： 1. **快速原型设计**：FPGA允许设计师无需大规模生产就能创建ASIC电路，节省了时间和成本。 2. **可扩展性**：FPGA可用于制作全定制或半定制的ASIC中试样片，适应不同阶段的设计需求。 3. **丰富的I/O和存储**：内置大量的触发器和I/O引脚，支持复杂信号处理和接口功能。 4. **高效和成本效益**：相较于ASIC，FPGA的开发周期短，成本低，风险小，且功耗低，与CMOS和TTL电平兼容。 5. **工艺优势**：FPGA采用先进的CMOS工艺，使其性能和功耗表现优越。 FPGA的基础知识不仅涵盖了其硬件构成，还强调了其在电子设计中的灵活性、效率和经济性，以及如何通过IP核的利用来简化复杂的设计过程。理解并掌握这些知识对于从事FPGA开发和应用的工程师来说至关重要。