FPGA面试必备：笔试题目解析与消除竞争冒险现象

"本资源包含多道FPGA笔试面试题目，涵盖了FPGA的基础知识，如建立时间与保持时间、竞争与冒险现象、分频逻辑设计、线与逻辑、同步逻辑与异步逻辑，以及逻辑电平和可编程逻辑器件等核心概念。" 1. 建立时间(Setup Time)和保持时间(Hold Time)是数字电路中的关键概念，用于确保数据在时钟边沿处被正确采样。建立时间是指数据信号必须在时钟上升沿到来之前稳定的时间，保持时间则是数据信号需要在时钟上升沿之后继续保持不变的时间。如果数据不满足这两个条件，可能会导致 metastability，即数据无法被正确读取。 2. 竞争与冒险现象出现在组合逻辑电路中，当不同路径上的信号延迟不一致，可能导致输出不稳定，产生短暂的毛刺。布尔表达式中存在相反信号时，可能存在竞争与冒险。消除方法包括添加布尔消去项和使用电容滤波。 3. 使用D触发器实现2倍分频的逻辑电路，可以通过反馈机制实现。Verilog代码描述了一个简单的D触发器，其输出在每个时钟周期翻转一次，从而达到分频效果。 4. "线与"逻辑是多个输出并联实现逻辑与功能的方式。在硬件实现时，通常使用OC门（集电极开路门），并添加上拉电阻以防止过大的灌电流。OC门允许输出直接连接而不会损坏电路。 5. 同步逻辑和异步逻辑是数字系统中的两种设计方式。同步逻辑依赖于全局时钟，所有操作都与时钟边沿对齐，具有清晰的因果关系。异步逻辑则允许各个部分独立运行，没有统一的时钟约束，可能导致数据传输的不确定性。 6. 微机接口电路通常包含数据接口、控制接口和寄存器/缓冲器。输入设备如键盘或鼠标通过这些接口与微处理器通信，数据和控制信号在此处转换以适应不同的电压水平和电气特性。 7. 常用的逻辑电平包括12V、5V和3.3V。TTL（晶体管-晶体管逻辑）和CMOS（互补金属氧化物半导体）电平不兼容，因为它们的高电平和低电平定义不同。CMOS输出可以直连到TTL，但TTL输出到CMOS需要上拉电阻以匹配电平。 8. 可编程逻辑器件（PLDs）包括PAL（可编程阵列逻辑）、GAL（通用阵列逻辑）、PLA（可编程逻辑阵列）、FPGA（现场可编程门阵列）和CPLD（复杂可编程逻辑器件）等，它们在现代电子设计中扮演着重要角色，允许用户根据需求定制逻辑功能。 以上内容详细解释了FPGA面试中可能出现的一些技术问题，涵盖了数字逻辑、时序分析、分频电路设计、逻辑电平匹配以及可编程逻辑器件的基本原理。这些知识点对于理解和设计FPGA系统至关重要。