FPGA时序分析和约束学习笔记（1、FPGA基本原理）

FPGA时序分析和约束学习笔记-（1、FPGA基本原理）

Field现场Programmable可编程Gate门Array阵列

1、FPGA基本资源组成

• 可编程逻辑功能块（logic elements ，缩写LE）

• 片内互联线（interconnect，缩写IC）

• 输入输出块（IO）

1.1、可编程逻辑功能块

组成

• 查找表（look up table，缩写LUT）

• D触发器（缩写DFF，D输入，Q输出）

逻辑实现

• 只用LUT时实现组合逻辑

• 只用DFF时，实现单纯打一拍

• LUT和DFF都用，实现时序逻辑

1.2、输入输出块

组成

• 输出寄存器

  • 离引脚最近的寄存器，延迟短

• 输入寄存器

  • 离引脚最近的寄存器，延迟短

• 输出使能寄存器

  • 控制输入还是输入

• 输入延迟链

• 输出延迟链

• 上拉电阻

  • IIC会用到

1.3、内部互联资源

包括连线线段和可编程开关，将可编程逻辑功能块、输入输出块连接起来，从而构成特定功能电路

• Altera FPGA采用行、列、局部快速通道

• 局部快速通道的速度最快；布局布线时，尽量将关键信号放在一个阵列块中，通过局部通道交互

2、FPGA可扩展资源

• 存储器资源（块RAM、分布RAM）

• 数字时钟管理单元（分频、倍频、数字延迟、时钟锁定）

• 算数运算单元（高速硬件乘法器，乘加器）

• 告诉串行IO接口

• 特殊功能模块（PCIE、DDR等硬IP核）

• 微处理器（Cortex-M3、Cortex-A9、Cortex-A53、PowerPC）

3、FPGA可编程原理

3.1、FPGA和CPLD的区别

FPGA基于LUT，可以实现复杂的逻辑功能

3.2、FPGA编程方式

• SRAM-查找表类型（Intel Xilinx）

• 反熔丝的多路开关类型FPGA（Actel）

• 基于Flash的FPGA（Lattice）