文档介绍：FPGA学****心得
报告人:苏柏亚
FPGA的工作原理
开发工具
语言介绍及理解误区释疑
实验例程介绍
一、FPGA的工作原理
FPGA的工作机理基于查找表(Look-Up-Table,LUT),LUT其实就是一个RAM。目前很多FPGA中多使用4输入的LUT,所以一个LUT可以看成是一个有4位地址线、大小为16*1的RAM。当用户通过HDL语言描述了一个逻辑电路后,FPGA的开发软件(例如Xilinx公司的ISE和EDK等)会自动计算逻辑电路可能的结果,并事先把计算好的结果存入RAM中。这样,每当有信号输入需要进行逻辑运算时,不必再去搭门电路了,只要把输入作为一个地址进行查表,找出对应地址所存储的内容,然后输出即可
如下图所示为一个4输入门的LUT实现。这个例子很简单,只要一个LUT就可以完成。对于一个LUT无法完成的电路,则需要通过进位逻辑信号将多个单元相连,这样FPGA就可以实现复杂的逻辑了
16*1的RAM
(LUT)
地址线
a
b
c
d
输出
地址(abcd)
RAM中的数据
0000
0
0001
0
……
0
1111
1
因为LUT主要适合于SRAM工艺生产,所以目前大部分的FPGA都是基于SRAM工艺的,而SRAM工艺的芯片在掉电后信息就会丢失,必须另外加一片专用配置芯片,可以是EPROM芯片。在加电时,FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中,配置完成后,FPGA进入工作状态。掉电后,FPGA恢复成白片,内部逻辑关系消失,因此FPGA能够反复使用。
FPGA的编程无需专用的编程器,只需通用的EPROM、PROM编程器即可。由于配置时间很短,因而不会影响系统工作。当然也有少数FPGA采用反熔丝或FLASH工艺,对这种FPGA就不用外加专用的配置芯片了。这样,同一片FPGA,不同的编程数据可以产生不同的电路功能。因此,FPGA的使用非常灵活。
FPGA中嵌入处理器也成为FPGA的一个发展趋势,就像Xilinx公司的Virtex-Ⅱ Pro开发板,内嵌了一个MicroBlaze的软核和Power PC的硬核,可以满足用户的不同需求,让整个系统的移植成为可能,真正做到了SoC设计。
什么是MicroBlaze?
MicroBlaze是一款由Xilinx公司开发的嵌入式处理软核,采用32位RISC优化结构,用以开发XILINX的FPGA上的嵌入式工程。它符合IBM CoreConnect 标准,能够与PPC405系统无缝连接。
在FPGA内部可以集成多个MicroBlaze处理器,极大的增大了FPGA的开发的灵活性。
MicroBlaze性能高,只占用400个Slice资源,相当于10万们FPGA容量的三分之一,市场价10美元。
MicroBlaze主要性能:
MicroBlaze具有高度可配置性,允许开发者根据自己的设计需要进行适当选择。
我们所用的实验板上就集成了一块32位的MicroBlaze,其部分固定性能特点如下:
1 配置32个32位通用寄存器
2 配置32位指令字长,3个操作数及两种寻址模式
3 配置32位地址总线
4 采用单事件流水技术
二、Xilinx公司的FPGA开发工具介绍
ISE:只用FPGA进行设计
EDK(Embedded Development Kit):当系统中加入了MicroBlaze时必须用EDK进行设计。EDK包括XPS(XILINX Platform Kit),SDK(Software Development Kit),XMD(Xilinx Microprocessor Debug), 工业接口仿真工具(Interface to industry standard simulation tools),ChipScope Pro Support等。