第1章 fpga开发简介
fpga(field programmable gate array)即现场可编程门阵列,属于可编程逻辑器件的一种,在20世纪90年代获得突飞猛进的发展。经过近20年的发展,到目前它已成为实现数字系统的主流平台之一。本章主要介绍fpga的起源、发展历史、芯片结构、工作原理、开发流程以及xilinx公司的主要可编程芯片,为读者提供fpga系统设计的基础知识。
1.1 可编程逻辑器件基础
1.1.1 可编程逻辑器件概述
可编程逻辑器件(programmable logic device,pld)起源于20世纪70年代,是在专用集成电路(asic)的基础上发展起来的一种新型逻辑器件,是当今数字系统设计的主要硬件平台,其主要特点就是完全由用户通过软件进行配置和编程,从而完成某种特定的功能,且可以反复擦写。在修改和升级pld时,不需额外地改变pcb电路板,只是在计算机上修改和更新程序,使硬件设计工作成为软件开发工作,缩短了系统设计的周期,提高了实现的灵活性并降低了成本,因此获得了广大硬件工程师的青睐,形成了巨大的pld产业规模。
目前常见的pld产品有编程只读存储器(programmable read only memory,prom)、现场可编程逻辑阵列(field programmable logic array,fpla)、可编程阵列逻辑(programmable array logic,pal)、通用阵列逻辑(generic array logic,gal)、可擦除的可编程逻辑阵列(erasable programmable logic array,epla)、复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device,cpld)和现场可编程门阵列等类型。pld器件从规模上又可以细分为简单pld(spld)、复杂pld(cpld)以及fpga。它们内部结构的实现方法各不相同。
可编程逻辑器件按照颗粒度可以分为3类:①小颗粒度(如“门海(sea of gates)”架构);②中等颗粒度(如fpga);③大颗粒度(如cpld)。按照编程工艺可以分为4类:①熔丝(fuse)和反熔丝(antifuse)编程器件;②可擦除的可编程只读存储
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