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【硬件工程师面经整理29_FPGA】

news 2025/6/27 2:07:07

文章目录

1 nand nor的区别，速度差异的原因？
2 nand驱动方式？
3 异步信号处理方法
4 异步FIFO的深度是如何计算的
5 异步复位同步释放的优缺点
6 问了FPGA的内部组成？
7 LE中查找表的实现原理？
8 IOB的主要组成部分？
9 静态、动态时序模拟的优缺点。
10 CDC跨时钟域
11 全局时钟域与局部时钟的区别？

1 nand nor的区别，速度差异的原因？

逻辑门？/闪存？
闪存的话：
NAND Flash和NOR Flash的区别主要在于它们的存储结构不同。NAND Flash的存储单元是串联的，而NOR Flash的存储单元是并联的。因此，NAND Flash在写入和擦除大量数据时比NOR Flash快得多，两者相差近千倍；但是数据量小的时候，比如几个字节，NOR Flash比NAND Flash擦写速度快。
逻辑门的话：
NAND和NOR是逻辑门的两种基本类型，它们分别表示逻辑的“与非”和“或非”。其主要区别在于它们的逻辑输出和输入之间的关系。
NAND门输出在所有输入都是高电平时为低电平，其余情况为高电平。而NOR门输出在所有输入都是低电平时为高电平，其余情况为低电平。这意味着，在某些情况下，使用NAND门和使用NOR门可以达到相同的逻辑结果，但是它们的输入和输出布尔代数形式不同。
就速度而言，NAND门的速度通常比NOR门快，这是因为NAND门只需要在所有输入都为高电平时输出低电平，而NOR门则需要在所有输入都为低电平时输出高电平。由于CMOS技术通常使用pMOS和nMOS管来实现逻辑门，nMOS管的开关速度要比pMOS管快，因此，NAND门通常比NOR门快。
但是需要注意的是，不同的制造工艺和具体的电路设计可能会导致NAND门和NOR门的速度差异不同，具体速度还需要根据具体情况评估。

2 nand驱动方式？

NAND驱动方式指的是通过对NAND闸极上的电压进行调控来实现NAND Flash存储芯片的读写操作。具体来说，NAND闸极上的电压可以分为四个等级：弱擦除态、强擦除态、保持态和编程态。通过对这四个电压等级的控制，可以实现对NAND Flash存储芯片的读、写、擦除操作。
在读操作时，NAND闸极上的电压被控制为保持态，此时通过对NAND Flash的Word线和Bit线的控制，可以将对应的数据读出。在写操作时，NAND闸极上的电压被控制为编程态，此时通过对Word线和Bit线的控制，可以将待写入的数据写入到NAND Flash中。在擦除操作时，NAND闸极上的电压被控制为强擦除态或弱擦除态，此时通过对整个块的Word线和Bit线的控制，可以将整个块中的数据全部擦除。
NAND驱动方式相比于其他驱动方式具有较高的速度和较低的成本，因此在嵌入式系统中广泛应用。

3 异步信号处理方法

异步信号处理方法是一种在不依赖外部时钟信号的情况下，通过电路自身内部的时序控制来实现数据的处理和传输。常见的异步信号处理方法包括以下几种：

双稳态异步电路：这种电路由两个稳态组成，即“0”和“1”状态，可以通过输入信号的改变来实现电路状态的切换，从而实现数据的处理和传输。
请求-应答（Request-acknowledge）异步电路：这种电路包括两个部分，即请求端和应答端，请求端发出请求信号，应答端在收到请求信号后进行数据处理并返回应答信号，以完成数据的传输。
自校正异步电路：这种电路可以自动进行校正和同步，可以在电路运行时检测和修复错误，从而保证数据传输的可靠性和稳定性。
求和异步电路：这种电路可以对多个输入信号进行求和处理，并输出结果。
串行传输异步电路：这种电路通过将数据分割成若干个数据包，每个数据包由一个同步标志位和若干个数据位组成，通过发送方和接收方之间的协议来实现数据的传输。
在设计异步信号处理电路时，需要考虑电路的稳定性、功耗、延迟、噪声和误差等因素，以确保电路的性能和可靠性。同时，需要根据具体的应用场景选择合适的异步信号处理方法，并进行相应的优化和调试。

4 异步FIFO的深度是如何计算的

异步FIFO的深度可以通过以下公式计算：
Depth = ceil(log2(N))
其中，N表示异步FIFO的容量，ceil表示向上取整，log2表示以2为底的对数。
异步FIFO的深度与容量之间的关系是一个以2为底的对数函数，因此，当N的值增加一倍时，异步FIFO的深度也会增加1。例如，如果异步FIFO的容量为64字节，则深度为ceil(log2(64))=6。这意味着异步FIFO至少需要6个存储单元才能存储64字节的数据。
需要注意的是，在实际设计中，还需要考虑异步FIFO的读写时序和时钟域之间的异步信号同步等问题，以确保异步FIFO的正确性和可靠性

5 异步复位同步释放的优缺点

异步复位同步释放是指在电路中，当异步复位信号为低电平时，电路会被强制复位，而同步释放是指在时钟上升沿到来时，电路才会被释放。
优点：

可以快速、有效地将电路复位到初始状态，避免电路启动时出现未知状态；
确保所有信号在复位期间都被置于已知状态，提高了电路的可靠性和稳定性；
能够有效避免由于复位信号引起的时序问题，例如复位时序不正确导致的数据错位等问题。
缺点：
在电路复位过程中，电路中的所有状态信息都被清除，可能会导致数据丢失或临时停机，从而影响系统性能；
复位信号本身需要进行正确的电路设计，例如引脚的防抖设计，以确保复位信号的可靠性和稳定性；
同步释放时需要添加同步电路，增加了电路复杂度和面积。

6 问了FPGA的内部组成？

FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，可以通过编程来实现特定的数字电路功能。FPGA的内部主要由以下几个组成部分：

可编程逻辑单元（PLU）：PLU是FPGA的主要构成部分，它包含大量的可编程逻辑门和寄存器，可以用于实现各种数字电路功能。PLU通常被组织成多个片区（Tile），每个片区包含多个逻辑单元。
输入/输出单元（IOB）：IOB是FPGA的输入输出端口，用于与外部电路连接。IOB通常包含输入/输出缓存、电平转换器、时钟管理器等功能模块，可以用于实现不同的输入输出标准。
时钟管理单元（Clock Management Unit，CMU）：CMU用于产生、分配和管理时钟信号，保证FPGA内部的所有逻辑单元能够按照指定的时序运行。CMU通常包括PLL、DLL、时钟分频器等模块。
存储单元：FPGA内部有多种类型的存储单元，包括片上存储器（Block RAM）、分布式存储器、寄存器等。这些存储单元可以用于存储数据、程序或配置信息等。
网络互连单元：FPGA内部有大量的互连资源，用于连接各个逻辑单元和存储单元。这些互连资源通常包括可编程的连线、交叉开关、路由器等，可以实现复杂的连接关系。
配置存储器：FPGA的配置存储器用于存储逻辑单元的编程信息，它通常包括Flash存储器、EEPROM存储器、SRAM存储器等。配置存储器中存储的编程信息可以决定FPGA内部的逻辑功能，使其实现特定的数字电路功能。

7 LE中查找表的实现原理？

在FPGA中，逻辑元素（LE）是构建数字逻辑电路的基本单元。每个LE由多个可编程逻辑单元（PLU）组成，其中每个PLU又由一个查找表（LUT）和一个触发器组成。LUT是一个小型存储器，用于将输入的布尔函数映射到输出。
查找表通常由一个或多个存储器单元组成。每个存储器单元都包含一个或多个比特，用于存储输入值和相应的输出值。在实际使用中，查找表的输入值会通过选择线路选择其中的一个存储器单元，以便查找表能够执行所需的逻辑操作。因此，LUT的输出结果是根据输入选择线路所选择的存储单元的内容而决定的。
在实际的数字电路中，查找表常常被用来实现逻辑函数。例如，一个3输入的查找表可以用来存储一个8比特的逻辑函数。这样，当输入信号变化时，LUT会通过选择线路选择正确的存储器单元，以便输出正确的逻辑值。
在FPGA中，LUT的大小通常是可编程的，可以根据需要配置。这使得FPGA非常灵活，能够适应各种不同的应用场景。

8 IOB的主要组成部分？

IOB（Input/Output Block）是FPGA中的一种特殊资源，主要用于处理输入/输出的电路资源，其中包括输入/输出引脚、输入/输出寄存器、时钟使能电路等。IOB的主要组成部分包括：
1.输入/输出引脚（I/O Pin）：用于将FPGA芯片与外部电路连接，充当FPGA芯片与外部设备的接口。
2.输入/输出寄存器（I/O Register）：用于在FPGA芯片与外部设备之间传输数据时进行数据的存储和调整，以达到数据格式转换、数据缓存、时序调整等功能。
3.时钟使能电路（Clock Enable Circuit）：用于控制输入/输出寄存器中的时钟信号使能，以实现对输入/输出数据的有效性控制。

9 静态、动态时序模拟的优缺点。

静态时序模拟和动态时序模拟都是数字电路设计中常用的模拟方法，其优缺点如下：
静态时序模拟：静态时序模拟是指通过SPICE等电路仿真软件对电路进行分析和模拟，从而验证电路的时序性能。其主要优点是可以直观地观察电路的工作状态，方便进行设计和调试，且能够较准确地估算电路的时序参数。缺点是其模拟结果并不一定准确，因为它无法考虑电路中各元器件之间的相互影响和互动。
动态时序模拟：动态时序模拟是指通过Verilog等硬件描述语言对电路进行建模，并通过仿真器进行仿真，从而验证电路的时序性能。其主要优点是能够考虑电路中各元器件之间的相互影响和互动，模拟结果相对准确。缺点是相比于静态时序模拟，动态时序模拟对仿真器的要求较高，仿真时间较长，且不方便进行设计和调试。
总的来说，静态时序模拟适合于简单电路和快速验证电路的时序性能，而动态时序模拟适合于复杂电路和精确验证电路的时序性能。

10 CDC跨时钟域

CDC（Clock Domain Crossing）跨时钟域是指将数据信号从一个时钟域（源时钟域）传输到另一个时钟域（目标时钟域）的过程。由于不同的时钟域可能具有不同的时钟频率、时钟相位和时钟偏移等特性，因此数据在跨时钟域传输时可能会发生时序问题，例如数据错位、数据损失或数据错误等
解决方法包括：插入异步FIFO、插入同步FIFO、插入握手协议、其他技术：包括数据同步器、锁相环（PLL）等技术，都可以用来解决CDC跨时钟域问题。
【FIFO是“First-In-First-Out”的缩写，意思是“先进先出”。它是一种常见的数据结构，用于在电子系统中缓存数据并进行数据传输。FIFO通常是由一个读指针和一个写指针组成的，它们分别指向队列中的读和写位置。】

11 全局时钟域与局部时钟的区别？

在数字电路中，时钟信号是非常重要的，用来控制数字系统中各个时序电路的运行，保证数字电路的正确性和稳定性。时钟域就是在一个时钟信号下运行的时序电路的集合。
全局时钟域指的是在整个数字系统中共享同一个时钟信号的时序电路的集合，这个时钟信号通常来自于外部，如一个晶振或者时钟发生器。全局时钟域内的时序电路共享同一个时钟信号，时钟信号的频率和相位是相同的，因此，这些时序电路的运行时间是同步的，相互之间不存在时序差异，这样能够保证整个数字系统的正确性和稳定性。
局部时钟域则是指数字系统中在特定的电路区域内使用的时钟信号。由于局部时钟信号只在局部使用，不会和其他电路的时钟信号相互干扰，因此，局部时钟域内的时序电路的运行时间可以与其他电路的时序不同，即可以实现异步操作，但是，局部时钟域内的时序电路需要满足一些特殊的设计规则，以保证正确性和稳定性。
总之，全局时钟域和局部时钟域都是数字系统中重要的概念，对数字系统的设计和实现都有很大的影响。全局时钟域能够保证数字系统的同步性和稳定性，而局部时钟域则能够实现数字系统的异步操作，但需要注意时序设计规则。

注：
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