文档介绍：1、2、1 FPGA工作原理与简介
如前所述 ,FPGA就是在 PAL、GAL、EPLD、CPLD等可编程器件得基础上进一步发
展得产物。它就是作为 ASIC领域中得一种半定制电路而出现得 , 即解决了定制电
路得不足 , 又克服了原有可编程器件门电路有限得缺点。
由于 FPGA需要被反复烧写 , 它实现组合逻辑得基本结构不可能像 ASIC那样通过
固定得与非门来完成 , 而只能采用一种易于反复配置得结构。 查找表可以很好 地
满足这一要求 , 目前主流 FPGA都采用了基于 SRAM工艺得查找表结构 , 也有一些军
品与宇航级 FPGA采用 Flash 或者熔丝与反熔丝工艺得查找表结 构。通过烧写文
件改变查找表内容得方法来实现对 FPGA得重复配置。
根据数字电路得基本知识可以知道 , 对于一个 n 输入得逻辑运算 , 不管就是与或
非运算还就是异或运算等等 , 最多只可能存在 2n 种结果。所以如果事先将相应得
结果存放于一个存贮单元 , 就相当于实现了与非门电路得功能。 FPGA得原理也就
是如此 , 它通过烧写文件去配置查找表得内容 , 从而在相同得电路情况下实现了
不同得逻辑功能。
查找表 (Look-Up-Table) 简称为 LUT,LUT本质上就就是一个 RAM。目前 FPGA中多
使用 4 输入得 LUT,所以每一个 LUT可以瞧成一个有 4 位地址线得 得 RAM。 当
用户通过原理图或 HDL语言描述了一个逻辑电路以后 ,PLD/FPGA开发软件会自动
计算逻辑电路得所有可能结果 , 并把真值表 ( 即结果 ) 事先写入 RAM,这样 , 每输入
一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表 , 找出地址对应得内容 , 然
后输出即可。
下面给出一个 4 与门电路得例子来说明 LUT实现逻辑功能得原理。
例 1-1 : 给出一个使用 LUT实现 4 输入与门电路得真值表。
表 1-1 4 输入与门得真值表
从中可以瞧到 ,LUT 具有与逻辑电路相同得功能。实际上 ,LUT 具有更快得执行速
度与更大得规模。
由于基于 LUT得 FPGA具有很高得集成度 , 其器件密度从数万门到数千万门不等 ,
可以完成极其复杂得时序与逻辑组合逻辑电路功