FPGA的组成、工作原理和开发流程是怎样的

1. FPGA的组成

FPGA(Field-Programmable Gate Array)由可编程逻辑单元(PLU)、可编程互联网络(PUN)、输入输出模块(IOB)、时钟模块(BUFG)、片上存储器(BRAM)等构成。PLU是FPGA的基本组成单元,每个PLU都是一个可编程逻辑门或寄存器。有输入输出引脚的PLU叫做I/O PLU,没有I/O引脚的PLU叫做内部PLU。PUN是PLU之间互相连接的网络,它负责用适当的电路把PLU连接到一起。IOB是FPGA上的输入输出模块,它负责将数据输入到FPGA或者将FPGA中的数据输出到外部。BUFG是时钟模块,它负责分配到各个设计模块中的时钟信号和时序信号。BRAM是片上存储器,它可以提供高速存储空间给FPGA,是存储大量数据最快的方式之一。

2. FPGA的工作原理

FPGA 对于需要大量的数字逻辑底层的运算、数字处理和控制功能至关重要。FPGA 包括两个主要部分,可编程逻辑单元(PLU)和内部组成(CLB)。FPGA 的 PLU 能够变成当 函数输出为 1 时形成的逻辑函数,所以 PLUs 是强大的运算器,并且可以用于各种运算,例如两个数字的加法等。内部组成负责将 PLUs 与每个其他 PLUs 互连,以使其在设备上选择所需的加工功能。FPGA 可以从内部内存读取数据,然后将数据处理后将结果存储回内部内存或输出到其他设备。应用程序通常使用 VHDL 或硬件描述语言(HDL)来编写并生成逻辑电路。 VHDL 生成元件集,然后编译器将元件集转换为资源,然后 FPGA 将这些资源放置在其间隙中。

3. FPGA的开发流程

FPGA 的开发流程大致如下:
1. 确定所需功能和定制硬件的需求
2. 选择一个VHDL、Verilog或者SystemVerilog工具进行设计
3. 进行设计和验证
4. 进行编译,将代码转化成可在FPGA上运行的形式
5. 进行功能仿真和性能分析,发现和解决开发过程中出现的问题
6. 生成配置文件,用于准备将逻辑转换到FPGA设备上。
7. 生成 .bit 文件,已上传FPGA中,然后就可以进行使用了。

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