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FPGA芯片基本结构知识

 

2023-11-28 11:44:48

晨欣小编

FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)是一种灵活可编程的集成电路,其基本结构由可编程逻辑块(CLB)、输入/输出块(IOB)、片上时钟管理电路、硬性可编程逻辑和片上内存组成。以下是 FPGA 芯片基本结构的一些关键知识:

  1. 可编程逻辑块(CLB): CLB 是 FPGA 中的基本构建块,用于实现逻辑功能。CLB 包含可编程的逻辑门、寄存器、多工器和其他逻辑元素。逻辑元素的连接和配置可通过配置位流(Bitstream)进行编程。

  2. 输入/输出块(IOB): IOB 用于与 FPGA 外部世界进行通信。它包括输入/输出引脚、输入/输出寄存器以及与逻辑块连接的输入/输出逻辑。IOB 可以用于与外部设备、其他 FPGA 或外部电路通信。

  3. 片上时钟管理电路: FPGA 中通常包含专用的时钟管理电路,用于生成和分配时钟信号。这些电路可以支持多个时钟域,确保时序的正确性。

  4. 硬性可编程逻辑: 除了 CLB 中的可编程逻辑外,一些 FPGA 还包括硬性可编程逻辑,例如乘法器、加法器和其他特殊功能单元。这些硬性逻辑单元提供了更高的性能和效率。

  5. 片上内存: FPGA 中包含各种类型的片上内存,包括分布式 RAM、块 RAM 和寄存器文件。这些内存可以用于存储数据、配置信息和中间结果。

  6. 配置位流(Bitstream): FPGA 的配置信息通过配置位流进行加载。配置位流是一个描述逻辑和连接的文件,将逻辑元素连接到一起,实现特定的功能。一旦加载到 FPGA 中,配置位流定义了逻辑的功能和互连。

  7. 通信资源: 一些 FPGA 还包括通信资源,如专用的串行通信资源(例如 GTX、GTH)和乘法累加器等,以支持特定的通信和数字信号处理应用。

  8. 配置存储器: FPGA 包含用于存储配置位流的配置存储器。这些存储器通常是非易失性存储器(NVM),确保 FPGA 在断电后仍能保留配置。

总体而言,FPGA 提供了一种在设计完成后能够重新编程的硬件平台。通过配置位流,用户可以定制 FPGA 的逻辑和互连,以适应不同的应用需求。这种灵活性使 FPGA 成为广泛应用于数字电路设计、通信系统、信号处理和嵌入式系统等领域的理想选择。


 

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