FPGA的发展史及FPGA 的基础架构

通过了解早期FPGA的发展，理解FPGA究竟是干什么的，FPGA到底在电子设计领域起到了什么样的作用，下面是一张早期的设计过程

 

 

 

早期的设计流程过程中，只有当硬件完成了才能够得到功能的验证，随着集成电路开发的规模来越大，渐渐的需要一种快速有效的开发平台来完成预期的功能设计的验证，减少研发周期及研发成本，由此引入了EDA技术，首先是使用一种语言系统来描述一个硬件模型（即VHDL),其语言着重在描述性上，即重点在建立电路模型的过程上

此处就应该知道电路模型应该具备全部的电路特征：

(1)必要的输入和输出

(2)必要的内部信号

(3)特定的逻辑和时序行为等

这里就是FPGA开发语言与C语言之间本质性的差距（C语言是过程描述语言）。

在完成需要与想法后，即完成EDA设计后的一些应用方面如下图

 

 

 

用HDL描述的抽象硬件模型，verilog里面称为Module。

FPGA的verilog设计中，用到是查找表的方式来完成的对任意的组合逻辑的实现。在FPGA内部包含许多单元LUT（查找表），IOE（输入输出单元），Memory（内存）和DSP（乘法器等硬件电路主城）等构成。

EDA工具如何将我们的语言转化为FPGA可应用的硬件电路。

 

 

编译：将HDL 模型转变为基本的门级网表。

映射：为这些基本的门模型分配具体的cell。

映射后的网表即可以直接烧录到FPGA的器件里面。

 

硬件模型代码编写好后，需要对抽象的电路模型进行测试，称之为验证，为了进行验证，需要单独编写一段HDL代码，建立一个用于测试的模型，此模型称为Testbench

 

由于Testbench是一个真实的仿真平台，所以其本身也是不能运行的，EDA软件会提供一种运行Testbench的方法，这种抽象的方法称之为仿真。

 

仿真又分为

综合前验证（加载的为RTL模型），主要验证测试模型的逻辑性能。

综合后验证（加载的为网表）,主要验证的是设计模型的时序性能。

 

Quartus II主要用来做设计编译及时序分析，仿真则需要用到ModelSim来进行验证。

（感觉和单片机的KEIL和protues的关系很像。

 

 

EDA的仿真工具ModelSim

 

技术报告大多数是modelsim做的验证，有论文需求和技术文档需求的小伙伴门可以看下，有开发板的貌似可以直接烧录了，不过还是仿真后可以看的更清晰）

 

由于仿真过程中需要的调用很多跨平台的文件，Altera提出了一键跨平台的自动化方式，称为NativeLink（使用时要注意层次化设计），这在后面的文章中会详细的讲解到

 

 

FPGA的逻辑单元

 

 

 

可编程寄存器是带沿触发的，由此可以构成时序逻辑。

提供路由器可以跟不同的逻辑单元进行来连接。

异步清零逻辑是为了在异步时序逻辑中提供异步清零的逻辑。

因为逻辑单元里面可能会有多个时钟对逻辑单元进行处理，所以需要有个时钟的管理。

查找表原理：任意组合逻辑的乘积项SOP对应n输入多路器实现。

这篇文章旨在讲述FPGA的作用及FPGA的一个基本的开发流程，如何将理论和实际结合起来，最后希望通过这篇文章让大家了解为什么verilog HDL语言和C语言（面向过程）以及JAVA(面向对象)、python（面向逻辑）等语言有本质的不同，因为它是一个并不是一个面向开发过程的语言，它只是一个描述性语言，开发逻辑及开发过程需要通过数电及微机接口的知识来完成，它的作用仅仅是将期望的逻辑用人和FPGA都能够理解的方式表达出来，然后传递到FPGA中让他按照人的意愿来实现相应功能的一门语言。