現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）可以實(shí)現(xiàn)任意數(shù)字邏輯，從微處理器到視頻生成器或加密礦機(jī)，一應(yīng)俱全。FPGA 由許多邏輯模塊組成，每個(gè)邏輯模塊通常由觸發(fā)器和邏輯功能以及連接邏輯模塊的路由網(wǎng)絡(luò)組成。FPGA 的特殊之處在于它是可編程的硬件：您可以重新定義每個(gè)邏輯塊及其之間的連接，用來構(gòu)建復(fù)雜的數(shù)字電路，而無需物理上連接各個(gè)門和觸發(fā)器，也不必花費(fèi)設(shè)計(jì)專用集成電路的費(fèi)用。

　　FPGA 是由 Ross Freeman 發(fā)明的，他在 1984 年共同創(chuàng)立了 Xilinx，并推出了第一款 FPGA--XC2064。這種 FPGA 比現(xiàn)代 FPGA 簡(jiǎn)單得多，它只包含 64 個(gè)邏輯塊，而現(xiàn)代 FPGA 中的邏輯塊有幾千個(gè)或數(shù)百萬個(gè)，但它導(dǎo)致了目前價(jià)值數(shù)十億美元的 FPGA 產(chǎn)業(yè)。由于其重要性，XC2064 被列入芯片名人堂。在這篇博文中，我們對(duì) Xilinx 的 XC2064 進(jìn)行了逆向工程，解釋了它的內(nèi)部電路（上圖）以及 “比特流 ”是如何對(duì)它進(jìn)行編程的。

　　如今，F(xiàn)PGA 是采用 Verilog 或 VHDL 之類的硬件描述語言編程的，但是當(dāng)時(shí) Xilinx 提供了他們自己的開發(fā)軟件 XACT，運(yùn)行再 MS-DOS 操作系統(tǒng)之下，價(jià)格高達(dá) 12，000 美元。XACT 自然無法與現(xiàn)在的 FPGA 開發(fā)工具相比，XACT 通過用戶定義了每個(gè)邏輯塊的功能（如下面的屏截圖所示）以及邏輯塊之間的連接，對(duì)連接進(jìn)行布線連接，并生成可加載到 FPGA 中的比特流文件。

　　XACT 的屏幕截圖。兩個(gè)查找表 F 和 G 在屏幕底部實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，上面部分顯示該邏輯的卡諾圖。

　　通過位流（具有專有格式的位序列）配置 FPGA。如果您查看 XC2064 的比特流（如下所示），那是令人費(fèi)解的混合模式，這些模式不規(guī)則地重復(fù)，并散布在比特流中。XACT 中的功能定義與位流中的數(shù)據(jù)之間沒有明確的聯(lián)系。但是，研究 FPGA 的物理電路可以揭示比特流數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，并且可以理解。通過位流（具有專有格式的位序列）配置 FPGA。如果您查看 XC2064 的比特流（如下所示），那是令人費(fèi)解的混合模式，這些模式不規(guī)則地重復(fù)，并散布在比特流中。XACT 中的函數(shù)定義與位流中的數(shù)據(jù)之間沒有明確的聯(lián)系。但是，研究 FPGA 的物理電路可以揭示比特流數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，并且可以理解。