【FPGA】一、FPGA简介

文章目录

一、FPGA

简介

相关名词解释

FPGA基本构造

FPGA开发流程

硬件资源介绍

二、开发工具介绍

VScode  

Quartus II 

Vivado 

ModelSim 

Visio 

总结

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一、FPGA

简介

        FPGA是Field Progammable Gate Array的简称，也就是现场可编程门阵列。它是在PAL（可编程阵列逻辑）、GAL（通用阵列逻辑）等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，其内部的大部分电路功能都可以根据需求进行更改，即解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

        与传统模式的芯片设计相比，FPGA的涉笔并非单纯局限于研究以及设计芯片，而是针对较多领域产品都能借助特定芯片模型予优化设计。常见FPGA的应用领域有算法加速、视频图像处理、通信领域、医疗领域以及安防领域等。自Xilinx在1984年创造出FPGA以来，这种可编程逻辑器件凭借性能、上市时间、成本、稳定性和长期维护方面优势明显，在通信、医疗和安防等领域占有一席之地。

相关名词解释

 说明：

        PLL：可用于稳定时钟，时钟分频、倍频

        IP：相当于第三方库文件

        软IP核：由自己设计编写

        硬IP核：集成好的IP核

FPGA基本构造

        简化的FPGA基本结构由6部分组成，分别是可编程输入/输出单元、基本可编程逻辑单元、嵌入式块RAM、丰富的布线资源、底层嵌入功能单元和内嵌专用硬核。

FPGA开发流程

        一般来说，FPGA的设计开发流程包括设计输入、RTL功能仿真、分析综合、布局布线、时序仿真、时序分析和上板验证等几个步骤。

说明：       

        ① 设计输入：通过某些规范的描述方式，将设计者构思输入给EDA工具；

        ② RTL仿真：功能仿真，运营专门的仿真工具，验证设计的逻辑功能是否正确；

        ③ 设计综合：运用对应的EDA工具，将设计转化成逻辑门级别电路；

        ④ 布局布线：在指定器件上将设计的逻辑电路实现；

        ⑤ 时序仿真：将布局布线的时延信息反标注到设计网表中所进行的仿真，也叫后仿真；

        ⑥ 时序分析：为了保证设计的可靠性，在时序仿真后还要做一下验证；

        ⑦ 上板验证：将生成的配置文件写入芯片进行测试；

硬件资源介绍

        我这里使用的是CycloneIV系列的EP4CE6F17C8这款FPGA开发板，如图所示：

二、开发工具介绍

        说明：开发工具对于初学者来说选择一款就可以了，比如你用的哪家的开发板就可以选择相应的开发工具，有些EDA综合工具也自带代码编辑器和仿真器，如果够用就没必要装第三方仿真工具了。比如用Xilinx的开发板，就可以选择Vivado软件，这款软件自带代码编辑器和仿真工具。

VScode  

        官网下载地址：https://code.visualstudio.com

        Visual Studio Code（简称VS Code)是Microsoft在2015年4月30日Build开发者大会上正式宣布一个运行于Mac OSX 、Windows和Linux之上的，针对与编写现代Web和云应用的跨平台源代码编辑器。它具有对JavaScript，TypeScript和Node.js的内置支持，并具有丰富的其他语言（例如C++，C#，Java，Python，Verilog）和运行时扩展的生态系统。 

Quartus II 

        Quartus II 是Altera公司推出的综合性CPLD/FPGA开发软件，软件支持原理图、VHDL、VerilogHDL等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。

        Quartus II 提供了完全集成且与电路结构无关的开发包环境，具有数字逻辑设计的全部特性，包括：可利用原理图、结构框图、VerilogHDL、AHDL和VHDL完成电路描述，并将其保存为实体文件；此外，Quartus II 还可以与VScode、Modelsim关联使用，给开发人员提供了软件使用的便利性。

        Altera Quartus II 作为一种可编程逻辑的设计环境，由于其强大的设计能力与只管易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。

Vivado 

        官网下载地址：https://china.xilinx.com/support/university/vivado.html

        Vivado是由Xilinx公司在2012年发布的集成设计环境。其包括高度集成的设计环境和新一代从系统到IC级的工具，这些均建立在共享的可扩展书记模型和通用调试环境的基础上。

ModelSim 

        Mentor公司的ModelSim是业界最优秀的HDL语言仿真软件，它能提供友好的仿真环境，是业界唯一的单内核支持VHDL和Verilog混合仿真的仿真器。它采用直接优化的编译技术、Tcl/Tk技术和单一内核仿真技术，编译仿真速度快，编译的代码与平台无关，便于保护IP核，个性化的图形界面和用户接口，为用户加快调错提供强有力的手段，是FPGA/ASIC设计的首选仿真软件。

Visio 

        Microsoft Office Visio是一款绘制流程图和示意图的软件，是一款便于IT和商务人员就复杂信息、系统和流程进行可视化处理、分析和交流的软件。

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总结

        这篇文章仅仅是对FPGA开发一些基本的基础只是以及开发工具的介绍，如果想要进入FPGA行业深造，还得系统性地进行学习、实践。

        对于工具的选择因人而异，反正我目前这几个工具都在使用，有一些没有贴下载地址工具需要自己找找，反正一搜一大把，跟着装就是了！！！