FPGA的基础知识

1 第一章 FPGA 概述 1、数字集成电路的发展 数字集成电路由最初的电子管、晶体管、中小规模集成电路、超大规模集成电路（VLSIC）发展到专用集成电路（ASIC），专用集成电路的出现降低了设计的成本、提高了可靠性、缩小了物理尺寸，但 ASIC 的设计周期长、改版投资大、灵活性差。例如 0.18u m 的芯片，如果集成的芯片超过 100 万门，其成本超过 200 万元人民币以上，其风险是显而易见的。为了避免这种风险，就出现了可编程逻辑器件，包括现场可编程门阵列 FPGA（Field Programmable Gate Array ）器件和复杂可编程逻辑器件 CPLD（Complex Programmable Logic Dev ice），可编程逻辑器件能够在实验室中进行设计、更改、研制并马上投入使用。和 ASIC 相比，PLD的集成度更高，设计的个性化更浓，且具有可修改性，开发成本也较低。FPGA 由 Xilinx 公司在 1985 年首家推出，采用 CMOS-SRAM 工艺制作。FPGA 的结构一般分为三部分：可编程逻辑块 CLB（configu rable Logic Block）、可编程 I/O 模块（I/O Block）和可编程内部连线，FPGA 出现后受到电子设计工程师的普遍欢迎，发展十分迅速。Xilinx 、Altera 和 Actel 等公司都提供高性能的 FPGA 芯片。 2、FPGA 技术的发展现状及发展趋势 FPGA 在 1985 年由 Xilinx 公司首家推出至今已有近 30 年的历史，不过过去十多年时间内 FPGA 都未受到太多的重视，原因是 FPGA 的功耗用电、电路密度、频率效能、电路成本等都不如 ASIC，在这十多年时间内，FPGA 多半只用在一些特殊领域，例如芯片业者针对新产品测试市场反应，即便初期产品未达量产规模，也能先以 FPGA 制成产品测试。或者有些芯片设计公司承接了小型的设计项目，在量产规模不足下也一样使用 FPGA，或如政府、军方的特殊要求，不期望使用开放、标准性的芯片与电路，也会倾向使用 FPGA。随着工艺技术的发展，FPGA 在电路密度及频率效能方面逐渐逼近 ASIC，而其独有的现场可编程特性是 ASIC 无法比拟的。 目前 FPGA 的应用主要有三个方向：第一个方向，也是传统方向主要用于通信设备的高速接口电路设计，这一方向主要是用 FPGA 处理高速接口的协议，并完成高速的数据收发和交换。这类应用通常要求采用具备高速收发接口的 FPGA，同时要求设计者懂得高速接口电路设计和高速数字电路板级设计，具备 EMC/EMI 设计知识，以及较好的模拟电路基础，需要解决在高速收发过程中...