FPGA系统设计基础：可编程逻辑器件与设计流程

"这篇资料主要介绍了可编程逻辑器件的基础知识，特别是FPGA在现代数字系统设计中的应用。文章提到了4输入端与门电路的示例，并提到了多个设计流程和设计工具，如MAX+PlusⅡ、QuartusⅡ、ISE、Altera和Xilinx的工具。" 在现代电子设计领域，可编程逻辑器件（PLD）扮演着至关重要的角色，而FPGA（Field-Programmable Gate Array）作为其中的代表，是高密度PLD的一种，因其灵活性和可重配置性而广泛应用于各种数字系统。FPGA由大量的可编程逻辑单元、I/O单元、互连资源等组成，允许用户根据需求自定义逻辑功能。 FPGA的设计方法通常涉及以下步骤：首先，设计者需要使用硬件描述语言（HDL，如VHDL或Verilog）来描述所需的逻辑功能。然后，通过逻辑综合工具将这些高级语言转换为门级网表。接着，布局和布线工具将这些网表映射到FPGA的具体结构中，确保满足时序和功耗的要求。最后，生成的配置数据被加载到FPGA中，实现预定的逻辑功能。 本章中提到的设计工具，如MAX+PlusⅡ、QuartusⅡ和ISE，都是用于FPGA开发的专业软件。它们提供了从设计输入、仿真、综合、布局布线到编程的完整工作流。不同的工具可能有不同的特点和优化方向，例如，QuartusⅡ是Altera公司的主力设计工具，而ISE则是Xilinx的首选平台。 4输入端与门电路的例子展示了基本的逻辑门操作，这是数字逻辑设计的基础。在图1.1.12中，P=A*B*D，当所有输入A、B、D都为1时，输出P才为1，体现了与门的逻辑特性。而在图1.1.13中，P=A*(B*C=0)，表示只有当B和C中的至少一个为0时，P才跟随A的值变化，这实际上是增加了条件控制。 此外，文中还提及了早期的PLD类型，如PROM、PLA和PAL，它们虽然在当今的高密度应用中已被FPGA和CPLD所取代，但它们的原理和结构对理解现代FPGA的工作机制仍然有帮助。PROM是基于“与阵列”和“或阵列”的一次性编程器件，能实现任意“积之和”形式的逻辑。PLA和PAL则基于“与一或阵列”，其中PAL因具有多种输出结构形式，曾经在数字逻辑设计中广泛应用。 本章内容旨在建立对可编程逻辑器件尤其是FPGA的基础认识，以及了解其在数字系统设计中的核心地位和设计流程。对于学习者而言，掌握现代数字系统的设计方法和FPGA设计流程是关键，而理解不同设计工具的特性和工作流程的异同，将有助于提升实际设计能力。