【黑金云课堂笔记】第一~二期FPGA知识点总结

知识卡片一【FPGA 基础篇】开启硬件编程之门FPGA 的本质 FPGA现场可编程门阵列并非在运行软件程序而是在构建电路本身。用户可以通过Verilog/VHDL 等硬件描述语言在芯片出厂后随时重新配置其内部逻辑。FPGA 的优势 FPGA 最主要的优势在于可重构和低延迟。与 CPU 的顺序执行不同FPGA 是真正的硬件级并行架构实现纳秒级响应和确定性的时延表现。FPGA 基本结构 FPGA 由 CLB 逻辑单元包含 LUT 查找表与触发器、可编程互连布线、I/O 及配置存储组成。FPGA 核心资源CLB逻辑单元 由 LUT查找表和触发器组成是实现复杂逻辑的基础。硬核资源 包含用于高速缓存的 Block RAM、进行高性能运算的 DSP 单元、以及管理时钟的 PLL/MMCM、高速 Serdes 串行解串器。*硬核资源的存在使现代 FPGA 从可编程逻辑转变为可重构计算平台SoC FPGA:SoC FPGA 指 FPGAARM 处理器 的软硬件协同架构。ARM 处理器运行Linux/RTOS负责管理控制、协议栈、用户界面FPGA 负责高速数据处理实现硬件加速、实时控制。SoC FPGA在嵌入式系统中非常常见是FPGA发展的重要里程碑。当前 FPGA 技术趋势当前高端 FPGA 配备超高速接口(SerDes/光收发器等)、HBM存储、AI加速功能已广泛应用于数据中心和 AI 推理其角色发生了根本性转变。FPGA 国内外厂商国外巨头 AMD Xilinx行业开创者生态最完善Intel FPGA原 Altera深度整合数据中心生态Lattice低功耗专家及 Microchip航天级领导者国产力量 紫光同创Titan 系列、安路科技Phoenix 系列、高云、复旦微等国产特点 政策驱动国产化替代具备显著的价格竞争力低 30%-50%及本地化中文支持AMD 产品系列纯逻辑板卡Artix-7低成本低功耗Kintex-7性价比最优Virtex-7高端旗舰Kintex ultrascaleKintex ultrascaleVirtex ultrascaleZynq 系列(SoC FPGA)Zynq-7000(双核ARM Cortex-A9)Zynq UltraScale(四核A53双核R5)Zynq RFSoC(集成RF数据转换器)AMD 开发工具Vivado 负责硬件综合、布局布线及调试的专业级 IDEVitis 统一的软件开发平台支持更高级别的软件编程与 AI 推理加速IP Integrator 通过图形化界面快速集成官方与第三方 IP 核FPGA 典型应用通信/工业/医疗雷达与航空航天AI 加速/数据中心FPGA 开发五步走功能设计 → HDL 编码 → 仿真验证→ 综合与实现 → 下载配置SoC FPGA:SoC FPGA 指 FPGAARM 处理器 的软硬件协同架构。ARM 处理器运行Linux/RTOS负责管理控制、协议栈、用户界面FPGA 负责高速数据处理实现硬件加速、实时控制。SoC FPGA在嵌入式系统中非常常见是FPGA发展的重要里程碑。当前 FPGA 技术趋势当前高端 FPGA 配备超高速接口(SerDes/光收发器等)、HBM存储、AI加速功能已广泛应用于数据中心和 AI 推理其角色发生了根本性转变。知识卡片二【ZYNQ 架构篇】双剑合璧的异构计算什么是 Zynq 它将 PS处理系统通常是 ARM 处理器与 PL可编程逻辑即 FPGA 部分集成在单颗芯片上ZYNQ 7000 搭载双核 ARM Cortex-A9ZYNQ UltraScale MPSoC 升级为多处理器架构拥有负责应用的APU四核 A53、负责实时控制的RPU双核 R5F以及GPU和视频编解码单元ABMA总线 ZYNQ内部通信采用的是ABMA 总线架构这是 ARM 定义的一套标准总线协议。支持多个Master(主设备)和多个Slave(从设备)支持并行访问。电源域(Power Domain)Zynq MPSoC被划分为电源域LPD(低功耗域)FPD(高性能域)PL(FPGA逻辑)BPD(电池域)*不同模块可以独立供电/关闭更加节能可靠性更高支持不同运行模式PS时钟系统 Zynq 内部有多个 PLLLPD相关:IOPLL→ 外设UART / SPIRPLL → RPUFPD相关:APLL → APUCPUDPLL → DDRVPLL → 视频接口*不同模块有独立时钟可以独立调频优化性能/功耗PS-PL交互PL 访问 PS:S_AXI_HP0_FPD*常用于图像处理/数据采集/AI加速PS 访问 PL:M_AXI_HPMx_FPD*常用于控制寄存器/配置IP低功耗路径S_AXI_LPDM_AXI_HPM0_LPD更多细节欢迎关注我们黑金云课堂全年免费直播课我们按照每周二、三、四的固定节奏同步推进 Verilog开发、Vitis开发、Linux开发 三大系列带你从零开始稳扎稳打掌握 FPGA 开发全流程