FPGA基本语法与使用

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  • [1 FPGA基本概念](#1 FPGA基本概念)
    • [1.1 诞生](#1.1 诞生)

1 FPGA基本概念

1.1 诞生

FPGA(现场可编程门阵列)的起源可以追溯到20世纪80年代。

  1. 技术背景
    • 在FPGA出现之前,数字电路设计主要依赖于固定功能的集成电路,如标准逻辑器件(74系列等)和定制的专用集成电路(ASIC)。标准逻辑器件灵活性差,功能有限;而ASIC虽然性能高、功耗低,但设计周期长、成本高,一旦制造完成就很难修改。
    • 可编程逻辑器件(PLD)的出现是一个过渡阶段。PLD包括可编程阵列逻辑(PAL)和通用阵列逻辑(GAL)等,它们可以通过编程来实现不同的逻辑功能,但规模和灵活性仍然有限。
  2. FPGA的诞生
    • 1984年,Xilinx公司的创始人之一Ross Freeman发明了世界上第一款FPGA芯片。这款芯片的设计理念是提供一种高度灵活的可编程芯片,可以让用户在现场(即芯片安装在电路板后)对其进行编程,以实现各种数字逻辑功能。
    • FPGA最初主要应用于一些对灵活性要求较高的领域,如科研实验设备、通信设备中的原型开发等。它允许工程师快速地修改和验证数字电路设计,大大缩短了产品的开发周期。
  3. 发展驱动力
    • 半导体工艺进步:随着集成电路制造工艺的不断进步,FPGA芯片的集成度越来越高。从最初的几千个逻辑单元发展到现在数百万个逻辑单元,能够实现非常复杂的数字系统,如高速通信处理器、图像信号处理器等。
    • 软件工具的完善:配套的FPGA编程软件也在不断发展。早期的编程方式比较复杂,随着高级综合(HLS)工具等的出现,工程师可以使用更高级的编程语言(如C、C++)来描述数字电路的功能,降低了编程难度,提高了设计效率。
    • 市场需求推动:在通信、数据处理、工业控制等众多领域,对快速开发、灵活定制的数字电路解决方案的需求不断增长。FPGA正好满足了这种需求,它可以在不重新设计硬件的情况下,通过软件编程适应不同的应用场景,如在5G通信基站中快速调整信号处理算法,或者在工业自动化设备中灵活更新控制逻辑。
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