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` 本帖最后由 HUANGYEZHIYING 于 2016-3-17 11:52 编辑 凔海笔记之FPGA（一）：我与我的FPGA “老师，单片机那个试验箱都弄完了，接下来我想学学arm” “噢，那挺好的，要不你先学学FPGA吧，学好了FPGA再接触arm会学得更好些” “FPGA？!老师我还不清楚它是干啥的了？也和单片机一样？” “还不一样，FPGA就像一张白纸，你可以在上面定制你想要的电路。” “哦，这样啊” 从此，跳入了学FPGA这个大坑。 
By the way.我总是感觉老师把我忽悠了。arm和FPGA没一毛钱关系呀？！网上也总是问学arm和FPGA哪个好，或是先学STM32再学arm，还真没听过FPGA与arm还有承接关系。不知可否有高人指点，解我上述疑惑？ 不过作为真逗比假文艺的工科男，总会有好的想法来安慰自己。其实这些都是相同的，学好一种便会触类旁通。FPGA是根据需求定制电路，在写接口或是模块时会对一些设计思想或是说接口协议更为了解，百丈高楼平地起，学好FPGA就给这百丈高楼打好了更为坚实的根基。
记得刚接触FPGA时候，那真是同学少年，意气风发，看俩天天特权资料，懂了点Verilog语法，搞明白了下载方式、学会了编程软件、点亮了一个灯。紧接着，打印代码条条分析，观察现象一丝不苟。看懂了兴奋不已，有现象了志得意满，原本以为自己在大步前进，殊不知是原地打转。
在我看来，学习不能刨根问底，对于我等菜鸟来说这只会让自己困恼不已，裹足不前，但也不能浅尝辄止，似懂非懂，这学得越多越会心虚。‘ 记得有好多人对我说，代码会改就好，芯片会用就好。搞什么原理结构，做什么代码分析，都是对时间的浪费，做出东西才是最重要的。但慢慢的我觉得，听懂不等于掌握，看懂不等于会写，大学时间充裕，或更应该静心潜学，而不是到处参加竞赛，拿着copy的代码，不懂的原理去美其名曰我的制作，这如同浮沙上的高台，空中的楼阁，积累经验名不属实，厚积薄发更是妄想。 不知当初，是不是被老师忽悠来的，但要感谢老师把我领上道，让我明白了很多，学到了不少。在这里，写下凔海笔记之FPGA系列文章，记录下我与FPGA的美妙旅程。
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本帖最后由 HUANGYEZHIYING 于 2016-3-17 11:58 编辑 FPGA就好像一个平台，用简单的器件和复杂的逻辑构建起来的。这个平台大概由六部分组成，分别为基本可编程逻辑模块（CLB）、可编程输入/输出模块（IOB）、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等。对于不同型号的芯片，其内部结构也会有些变化，但原理都也差不多，所以咱不必在意说的是何种芯片，下面就以鄙陋只见说芯片之精妙。
逻辑块（Logic Block），Altera称之为逻辑阵列块（LAB），Xilinx称之为可配置逻辑课（CLB），我更喜欢CLB这个称呼，因为它说得够清楚，虽然我用的是Altera公司的芯片吧(*^__^*) 。我们所说的Verilog编程，可以说就是对CLB的配置，它可以实现绝大多数的逻辑功能。
其中LUT（Look-Up Table）即查找表，它的本质是一个16X1的SRAM，SRAM是英文Static RAM的缩写，即静态随机存储器。我们可以认为SRAM是这个东西
我们通过Verilog语言可以写出逻辑电路，例如F=A&B&C&D，FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能，并把结果放入SRAM，这一过程就是所谓的编程。就那F=A&B&C&D来说，ABCD的组合共有十六组，如下表
当我们下载的时候，软件会自动把上述表格的值送给SRAM，我们ABCD取不同值时，LUT就根据地址进行找到数输出。也就是说，FPGA并不知道我们进行了F=A&B&C&D这一计算，它只是根据我们的输入进行寻址。把LUT与数据选择器配合使用，就可以实现组合逻辑功能，当与触发器结合就可以实现时序逻辑电路的基本功能。
图中除了数据选择器F5、CY、F6外都是可编程的。微片有15个输入端和8个输出端。 15个输入端包括俩组LUT、SR触发器控制端，CLK时钟信号输入端，CE时钟使能控制端。F5IN级联输入端，BX、BY旁路输入端、CIN进位链输入端 8个输出包括2个组合逻辑输出端X和Y，2个寄存器输出端XQ和YQ，2个算数运算进位端BX和BY，1个级联输出端F5和1个进位链输出端COUT。 在我第一次看这些名词时，真是怀疑自己的智商了。
LUT不废话，过 数据选择器：
与门：
异或：
触发器：
实现时序逻辑就是因为这个，D数据输入，FFY时钟信号输入，它来一拍，数据传输一个。EC时钟使能，Sd触发器控制，Rd复位控制。 下面就通过举例来说一下各种功能 （1）实现4变量的任意逻辑函数。 例如要实现F=A^B&C||D。那么就如上表格方式计算出所有的可能，将ABCD依次送给F1~F4，O端得到4变量逻辑函数的结果。该结果可以经过XMUX直接从X输出，也可以经DCMUX和D触发器由XQ输出。 （2）实现5变量的任意逻辑函数 5变量？！那一个LUT肯定是不够了。F=A^B&C||D&E肿么办？？？这时BX成了救世主，我们把ABCD这四个数据时同时送到送入F1~F4以及G1~G4的同时，将第五个数E送给BX。Why？Σ( ° △ °|||)︴因为五个数有32种可能，一个LUT只能存储16种，这样俩个就存储32种啦。而且，如果我们在G-LUT中放的是ABCD任意值，而E为1，在F-LUT中放的也是ABCD任意值，但E=0。这时候第五个变量的输入就起到选择这俩个LUT哪个输出！！！ 真的太巧妙了。
有了5变量的基础，实现六变量就好理解了，六变量逻辑函数需要俩个微片。因为由2^6=64嘛。我们假设要实现W=A^B&C||D&E&F。则可以让微片一号的G-LUT存放地址ABCD任意值E=0,F=1，F-LUT存放ABCD任意值E=1,F=1。E从BX输入。微片二号G-LUT存放地址ABCD任意值E=0,F=0，F-LUT存放ABCD任意值E=1,F=0。E从BX输入，F从BY输入。微片一号从F5输出值接到微片二号的F5IN即可完成。结果可经过YMUX从Y输出，可再经DYBMUX由触发器输出。 （4）2位二进制加法器
就这个微片，小小的微片，愣生生的“山寨”了小俩千字，真佩服设计者的智慧，如果将此看做一件艺术品的话，我想匠心独运名副其实。 山寨源： [1]度娘友情提供 [2]康华光老师主编的电子技术基础数字部分（第五版）全程赞助 |
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"大学时间充裕，或更应该静心潜学，而不是到处参加竞赛，拿着copy的代码，不懂的原理去美其名曰我的制作，这如同浮沙上的高台，空中的楼阁，积累经验名不属实，厚积薄发更是妄想。"
你将来能在这行走多远、爬多高，全看你大学时期基础有多牢靠！ |
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bustlle 发表于 2016-3-14 23:47 加油↖(^ω^)↗ 
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