（文章來源：OFweek）

FPGA（Field-Program mable Gate Array），即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。所以，要想玩轉(zhuǎn)FPGA,就必須理解FPGA內(nèi)部的工作原理，學(xué)習(xí)如何利用這些單元實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯設(shè)計。

FPGA一般來說比ASIC（專用集成芯片）的速度要慢，無法完成復(fù)雜的設(shè)計，但是功耗較低。但是 他們也有很多的優(yōu)點(diǎn)比如可以快速成品，可以被修改來改正程序中的錯誤和更便宜的造價。廠商也可能會提供便宜的但是編輯能力差的FPGA.因?yàn)檫@些芯片有比 較差的可編輯能力，所以這些設(shè)計的開發(fā)是在普通的FPGA上完成的，然后將設(shè)計轉(zhuǎn)移到一個類似于ASIC的芯片上。

FPGA采用了邏輯單元陣列LCA這樣一個概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB、輸出輸入模塊IOB和內(nèi)部連線三個部分。 現(xiàn)場可編程門陣列是可編程器件，與傳統(tǒng)邏輯電路和 門陣列相比，F(xiàn)PGA具有不同的結(jié)構(gòu)。FPGA利用小型查找表來實(shí)現(xiàn)組合邏輯，每個查找表連接到一 個D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅(qū)動其他邏輯電路或驅(qū)動I/O,由此構(gòu)成了既可實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能又可實(shí)現(xiàn)時序邏輯功能的基本邏輯單元模塊。

這些模塊間利用 金屬連線互相連接或連接到I/O模塊。FPGA的邏輯是通過向內(nèi)部靜態(tài)存儲單元加載編程數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)的，存儲在存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/O間的聯(lián)接方式，并最終決定了FPGA所能實(shí)現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無限次的編程。

FPGA的基礎(chǔ)就是數(shù)字電路和VHDL語 言，想學(xué)好FPGA的人，建議床頭都有一本數(shù)字電路的書，不管是哪個版本的，這個是基礎(chǔ)，多了解也有助于形成硬件設(shè)計的思想。在語言方面，建議初學(xué)者學(xué)習(xí) Verilog語言，VHDL語言語法規(guī)范嚴(yán)格，調(diào)試起來很慢，Verilog語言容易上手，而且，一般大型企業(yè)都是用Verilog語言，VHDL語言 規(guī)范，易讀性強(qiáng)，所以一般軍工都用VHDL.

熟悉幾個常用的就可以的，開發(fā)環(huán)境QuartusII ,或ISE 就可以了，這兩個基本是相通的，會了哪一個，另外的那個也就很Easy了。功能仿真建議使用Modelsim ,如果你是做芯片的，就可以學(xué)學(xué)別的仿真工具，做FPGA的，Modelsim就足夠了。綜合工具一般用Synplify,初學(xué)先不用太關(guān)心這個，用 Quartus綜合就OK了。

對于初學(xué)者，特別是從軟件轉(zhuǎn)過來的，設(shè)計的程序既費(fèi)資源又速度慢，而且很有可能綜合不了，這就要求我們熟悉一些固定模塊的寫法，可綜合的模塊很多書上都有，語言介紹上都有，不要想當(dāng)然的用軟件的思想去寫硬件。

FPGA學(xué)習(xí)要多練習(xí)，多仿真，signaltapII是很好的工具，可以看到每個信號的真實(shí)值， 建議初學(xué)者一定要自己多動手，光看書是沒用的。關(guān)于英文文檔問題，如果要學(xué)會Quartus II的所有功能，只要看它的handbook就可以了，很詳細(xì)，對于IT行業(yè)的人，大部分知識來源都是英文文檔，一定要耐心看，會從中收獲很多的。

做FPGA的工程師，最后一般都是專攻算法了，這些基礎(chǔ)知識都是順手捏來的，如果你沒有做好搞理論 的準(zhǔn)備，學(xué)FPGA始終只能停留在初級階段上。對于初學(xué)者，數(shù)字信號處理是基礎(chǔ)，應(yīng)該好好理解，往更深的方向，不用什么都學(xué)，根據(jù)你以后從事的方向，比如 說通信、圖像處理，雷達(dá)、聲納、導(dǎo)航定位等。

FPGA有多種配置模式：并行主模式為一片F(xiàn)PGA加一片EPROM的方式；主從模式可以支持一片PROM編程多片F(xiàn)PGA;串行模式可以采用串行PROM編程FPGA；外設(shè)模式可以將FPGA作為微處理器的外設(shè)，由微處理器對其編程。

如何實(shí)現(xiàn)快速的時序收斂、降低功耗和成本、優(yōu)化時鐘管理并降低FPGA與PCB并行設(shè)計的復(fù)雜性等問題，一直是采用FPGA的系統(tǒng)設(shè)計工程師需要考慮的關(guān)鍵問題。如今，隨著FPGA向更高密度、更大容量、更低功耗和集成更多IP的方向發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計工 程師在從這些優(yōu)異性能獲益的同時，不得不面對由于FPGA前所未有的性能和能力水平而帶來的新的設(shè)計挑戰(zhàn)。
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