FPGA与CPLD设计关键技巧与心得

“FPGA CPLD设计学习笔记（特权同学）——深入理解硬件设计原则与Verilog编程技巧” 本文档是特权同学对FPGA和CPLD设计的学习笔记，旨在分享他在学习过程中的难点和关键知识点。笔记涵盖了硬件设计的基本原则、Verilog语言的层次建模以及在实际工作中的编码策略，同时也探讨了FPGA与CPLD的结构差异。 1. 硬件设计基本原则 - 速度与面积平衡和互换：设计者需要根据设计需求在速度和面积之间找到平衡。如果设计允许，可以通过模块复用来节省芯片面积，牺牲速度换取效率。反之，如果时序要求严格，可以采用并行操作和乒乓操作来提升速度，增加面积消耗。 - 理解HDL本质：掌握硬件描述语言（HDL）的底层含义，将软件思维转化为硬件实现。 - 整体把握系统：设计时需要考虑系统的全局性和完整性，确保各部分协同工作。 - 同步设计原则：保证设计时序稳定性，避免时钟域间的不确定性导致的问题。 2. Verilog语言层次建模 - Verilog提供了系统级、算法级、RTL级、逻辑级、门级和电路开关级等不同层次的建模，适用于不同阶段的设计和验证。 3. RTL级编码实践 - 避免在RTL级使用for循环，因为它会消耗大量寄存器资源且不易优化。通常使用case语句代替，以复用硬件资源。 - if...else...和case语句的区别：if...else...具有优先级，而case语句没有，若需建立优先级结构，case语句可能造成资源浪费。不过，用连续的if语句描述“平行”逻辑可能导致锁存器引入。 4. FPGA与CPLD的区别 - FPGA通常拥有丰富的触发器资源，适合复杂、动态可配置的逻辑设计。 - CPLD侧重于组合逻辑资源，适用于简单、高密度的逻辑连接。 5. FPGA与CPLD的组成结构 - FPGA包括可编程I/O单元、基本可编程逻辑单元、嵌入式块RAM、布线资源、底层功能单元和内嵌硬核等，适合实现复杂的并行和分布式系统。 - CPLD则由可编程逻辑阵列和可编程输入/输出单元组成，适合实现固定逻辑功能和简单的控制逻辑。 特权同学的笔记详细阐述了FPGA和CPLD设计的核心概念，对于初学者和有经验的工程师来说都是宝贵的参考资料，能够帮助他们更好地理解和应用这些技术。