fpga硬件原理_fpga硬件系统

2024-09-08 06:56:33

1.单片机和FPGA的区别是什么啊？感觉自己不是很明白两者的联系和区别~~~

2.fpga模拟的硬件上可以运行程序吗

3.简述FPGA与CPLD在硬件结构上的区别?

fpga硬件原理_fpga硬件系统

FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。FPGA的基本特点主要有：

1）用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。 --2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

3）FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。

4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。

5) FPGA用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。

可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。

目前FPGA的品种很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。

FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，用不同的编程方式。

加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。

FPGA有多种配置模式：并行主模式为一片FPGA加一片EPROM的方式；主从模式可以支持一片PROM编程多片FPGA；串行模式可以用串行PROM编程FPGA；外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设，由微处理器对其编程。

单片机和FPGA的区别是什么啊？感觉自己不是很明白两者的联系和区别~~~

FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它可以根据用户的需求进行可编程，因此FPGA属于前端设计范畴。

在电子设计中，通常将设计流程分为前端设计和后端设计两个阶段。前端设计主要包括需求分析、功能设计、RTL设计（Register-Transfer Level）和验证等过程，它关注的是系统的功能实现和高层次的设计。而后端设计则主要包括物理设计、布局布线、时序优化和静态时序分析等过程，它关注的是电路的布局和布线，以及时序的满足和电路的物理可行性。

FPGA的设计位于前端设计中，因为它的核心特点是可编程性。FPGA的逻辑可以根据设计者的需求进行编程和配置，实现不同的功能。在前端设计阶段，设计者会使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）编写RTL代码，然后进行功能验证和仿真。一旦设计验证通过，就可以将RTL代码综合成逻辑网表，并使用专门的工具将逻辑网表映射到FPGA的可编程逻辑上，实现硬件功能。因此，FPGA的设计与前端设计密切相关。

值得拓展的是，后端设计阶段主要关注电路的物理实现和时序优化，包括布局布线和时序分析等过程。在FPGA设计中，这些后端设计的过程由FPGA厂商完成，他们将处理前端设计生成的逻辑网表，并使用专有的布局布线工具将逻辑映射到FPGA芯片上，并进行时序优化，以保证设计在FPGA上能够正常工作。

因此，尽管FPGA的实现中包含了后端设计的一些过程，但从整体设计流程来看，FPGA的设计属于前端设计范畴。

fpga模拟的硬件上可以运行程序吗

单片机和FPGA的区别，本质是软件和硬件的区别。

单片机设计属软件范畴；它的硬件（单片机芯片）是固定的，通过软件编程语言描述软件指令在硬件芯片上的执行。

FPGA设计属硬件范畴，它的硬件（FPGA）是可编程的，是一个通过硬件描述语言在FPGA芯片上自定义集成电路的过程。

扩展资料

单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，是用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。

参考资料百度百科“单片机”

简述FPGA与CPLD在硬件结构上的区别?

可以。FPGA（Field-ProgrammableGateArray）是一种可编程逻辑器件，可以被编程为执行特定的逻辑功能。与传统的固定逻辑电路不同，FPGA可以根据需要进行编程和重新配置，因此具有更高的灵活性和可定制性。由于FPGA可以被编程为执行特定的逻辑功能，因此可以在硬件上运行程序。但需要注意的是，由于FPGA是硬件，与传统的计算机架构不同，因此在运行程序时需要使用特定的编程语言和工具，并需要进行硬件描述和逻辑设计等工作。因此，使用FPGA进行程序开发和运行需要具备一定的硬件设计和编程能力。

FPGA与CPLD的区别

系统的比较,与大家共享：

尽管FPGA和CPLD都是可编程ASIC器件,有很多共同特点,但由于CPLD和FPGA结构上的差异,具有各自的特点:

①CPLD更适合完成各种算法和组合逻辑,FP GA更适合于完成时序逻辑。换句话说,FPGA更适合于触发器丰富的结构,而CPLD更适合于触发器有限而乘积项丰富的结构。

②CPLD的连续式布线结构决定了它的时序延迟是均匀的和可预测的,而FPGA的分段式布线结构决定了其延迟的不可预测性。

③在编程上FPGA比CPLD具有更大的灵活性。CPLD通过修改具有固定内连电路的逻辑功能来编程,FPGA主要通过改变内部连线的布线来编程;FP GA可在逻辑门下编程,而CPLD是在逻辑块下编程。

④FPGA的集成度比CPLD高,具有更复杂的布线结构和逻辑实现。

⑤CPLD比FPGA使用起来更方便。CPLD的编程用E2PROM或FASTFLASH技术,无需外部存储器芯片,使用简单。而FPGA的编程信息需存放在外部存储器上,使用方法复杂。

⑥CPLD的速度比FPGA快,并且具有较大的时间可预测性。这是由于FPGA是门级编程,并且CLB之间用分布式互联,而CPLD是逻辑块级编程,并且其逻辑块之间的互联是集总式的。

⑦ 在编程方式上,CPLD主要是基于E2PROM或FLASH存储器编程,编程次数可达1万次,优点是系统断电时编程信息也不丢失。CPLD又可分为在编程器上编程和在系统编程两类。FPGA大部分是基于SRAM编程,编程信息在系统断电时丢失,每次上电时,需从器件外部将编程数据重新写入SRAM中。其优点是可以编程任意次,可在工作中快速编程,从而实现板级和系统级的动态配置。

⑧CPLD保密性好,FPGA保密性差。

⑨一般情况下,CPLD的功耗要比FPGA大,且集成度越高越明显。

随著复杂可编程逻辑器件(CPLD)密度的提高,数字器件设计人员在进行大型设计时,既灵活又容易,而且产品可以很快进入市场。许多设计人员已经感受到 CPLD容易使用、时序可预测和速度高等优点,然而,在过去由于受到CPLD密度的限制,他们只好转向FPGA和ASIC。现在,设计人员可以体会到密度高达数十万门的CPLD所带来的好处。

CPLD结构在一个逻辑路径上用1至16个乘积项,因而大型复杂设计的运行速度可以预测。因此,原有设计的运行可以预测,也很可靠,而且修改设计也很容易。CPLD在本质上很灵活、时序简单、路由性能极好,用户可以改变他们的设计同时保持引脚输出不变。与 FPGA相比,CPLD的I/O更多,尺寸更小。

如今,通信系统使用很多标准,必须根据客户的需要配置设备以支持不同的标准。CPLD可让设备做出相应的调整以支持多种协议,并随著标准和协议的演变而改变功能。这为系统设计人员带来很大的方便,因为在标准尚未完全成熟之前他们就可以著手进行硬件设计,然后再修改代码以满足最终标准的要求。CPLD的速度和延迟特性比纯软件方案更好,它的NRE费用低於ASIC,更灵活,产品也可以更快入市。 CPLD可编程方案的优点如下：

●逻辑和存储器丰富(Cypress Delta39K200的RAM超过480 Kb)

●带冗余路由的灵活时序模型

●改变引脚输出很灵活

●可以装在系统上后重新编程

●I/O数目多

●具有可保证性能的集成存储器控制逻辑

●提供单片CPLD和可编程PHY方案

由于有这些优点,设计建模成本低,可在设计过程的任一阶段添加设计或改变引脚输出,可以很快上市

CPLD的结构

CPLD是属於粗粒结构的可编程逻辑器件。它具有丰富的逻辑(即逻辑门与寄存器的比例高)和高度灵活的路由。CPLD的路由是连接在一起的,而FPGA的路由是分割开的。FPGA可能更灵活,但包括很多跳线,因此速度较CPLD慢。

CPLD以群阵列（array of clusters）的形式排列,由水平和垂直路由通道连接起来。这些路由通道把信号送到器件的引脚上或者传进来,并且把CPLD内部的逻辑群连接起来。

CPLD之所以称作粗粒,是因为,与路由数量相比,逻辑群要大得到。CPLD的逻辑群比FPGA的基本单元大得多,因此FPGA是细粒的。