FPGA设计与应用概览：从摩尔定律到异步数据交换

"FPGA复习题汇总文档包含了关于FPGA及其相关领域的多个知识点，包括摩尔定律、门阵列与FPGA的异同、FPGA的开发流程、库在设计中的作用、异步时钟域的数据交换、FPGA的内部结构、集成电路的分类、软核、硬核和固核的概念、亚稳态的消除、RTL级描述、组合环的理解、阻塞赋值与非阻塞赋值的区别以及FPGA与CPLD的对比。" 1. 摩尔定律：由英特尔创始人之一戈登·摩尔提出，该定律指出集成电路芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番，从而导致性能提升和成本下降。这是推动微电子技术发展的重要驱动力。 2. FPGA与门阵列的区别：FPGA是现场可编程门阵列，与门阵列相比，它允许用户在不改变物理结构的情况下重新配置逻辑单元，提供了更高的灵活性和可编程性。 3. FPGA开发流程：一般包括设计输入、逻辑综合、布局布线、时序分析、编程下载和功能验证等步骤。 4. 库在FPGA设计中的作用：库是预先设计好的逻辑模块集合，如逻辑门、触发器、加法器等，设计师可以使用这些库元件快速构建复杂的电路，提高设计效率。 5. 异步时钟域数据交换与FIFO：FPGA中，当两个不同时钟域的数据需要交互时，使用FIFO（First In First Out，先进先出）作为缓冲，避免亚稳态问题，确保数据传输的正确性。 6. FPGA内部结构：主要包括查找表（LUT）、可编程逻辑阵列（CLB）、I/O单元、分布式RAM和嵌入式块RAM等，这些组成部分共同实现FPGA的灵活性和高性能。 7. 集成电路分类：按规模可分为小规模、中规模、大规模、超大规模、特大规模和巨大规模集成电路；按功能分为数字、模拟和数模混合集成电路。 8. 软核、硬核和固核：软核是可配置的逻辑设计，可定制并移植到不同工艺节点；硬核是固定且优化的逻辑设计，专为特定工艺制造；固核是介于两者之间，部分优化但可调整的设计。 9. 亚稳态消除：在异步时钟域数据交换中，通过同步电路设计和适当的握手协议来避免亚稳态，确保数据稳定。 10. RTL级描述：在硬件描述语言中，RTL描述结合了数据流和行为级建模，用于描述数字系统的逻辑操作。 11. 组合环：在电路设计中，组合环是一个反馈回路，其中的信号经过一系列组合逻辑门后返回到输入端，可能导致不期望的逻辑行为。 12. 阻塞赋值与非阻塞赋值：阻塞赋值（=）立即更新变量值，非阻塞赋值（<=）则在当前语句执行完成后更新，常用于并发逻辑描述。 13. FPGA与CPLD的区别：FPGA具有更高的密度和灵活性，适合复杂逻辑设计，而CPLD更注重速度和可预测性，适用于简单逻辑和控制逻辑应用。 这些知识点构成了FPGA设计的基础，对于理解和实践数字系统设计至关重要。