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alexdos

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FPGA 是如何分类的?FPGA的使用方法

  根据 FPGA 基本结构的不同,可以将其分为基于乘积项(Product-Term)技术的 FPGA 和基于查找表(Look-Up-Table)技术的 FPGA 两种。
  
  基于乘积项技术的 FPGA 主要由 3 个模块组成——逻辑单元阵列(Logic Cell Array)、可编程连线(PIA)和 I/O 控制块。逻辑单元阵列是 FPGA 的基本结构,由它来实现基本的逻辑功能。可编程连线负责信号传递,连接所有的宏单元。I/O 控制块负责输入/输出的电气特性控制,比如可以设定集电极开路输出、摆率控制、三态输出等。图 1-2 所示是基于乘积项技术 FPGA的基本原理图。
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  图 1-2 基于乘积项技术 FPGA 的基本原理图
  
  基于查找表技术的 FPGA 也是目前的一种主流产品。查找表简称为 LUT,其本质就是一个RAM。目前 FPGA 中多使用 4 输入的 LUT,所以每一个 LUT 可以看成一个有 4 位地址线的 16×1的 RAM。当用户通过原理图或 HDL 语言描述了一个逻辑电路以后,FPGA 开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能的结果,并把结果事先写入 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,找出地址对应的内容,然后输出即可。
  
  在完成 FPGA 开发以后,软件会生成一个最终的编程文件,不同类型的 FPGA 使用不同的方法将编程文件加载到 FPGA 中。
  
  基于乘积项(Product-Term)技术的 FPGA 一般采用 EEPROM(或 Flash)保存程序。此类FPGA 一般由厂家提供编程电缆,如 Altera 提供的编程电缆叫 Byteblaster。电缆一端接在计算机的并行打印口上,另一端接在 PCB 板上的一个 10 芯插头上,FPGA 芯片有 4 个管脚(编程脚)与插头相连。图 1-3 所示是这类电缆使用的示例图。
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  图 1-3 编程电缆使用示例图
  
  基于查找表技术(Look-Up table)技术常使用 SRAM 保存程序。由于 SRAM 工艺的特点,掉电后数据会消失,因此调试期间可以通过电缆配置 FPGA 器件,调试完成后,需要将数据固化在一个专用的 EEPROM 中(用通用编程器烧写),上电时由这片 EEPROM 对 FPGA 加载数据,十几个毫秒后 FPGA 即可正常工作(亦可由 CPU 配置 FPGA)。此类型的 FPGA 一般不可以进行程序加密。
  
  除了上述的两种 FPGA 外,还有一种反熔丝(Anti-fuse)技术的 FPGA,如 Actel、Quicklogic的部分产品就采用这种工艺。反熔丝 FPGA 用法与 EEPROM 的 FPGA 一样,但这种 FPGA 不能重复擦写,所以初期开发过程比较麻烦,费用也比较昂贵。但反熔丝技术也有许多优点,如布线能力更强、系统速度更快、功耗更低、同时抗辐射能力强、耐高低温、可以加密,所以在一些有特殊要求的领域,如军事及航空航天中运用较多。

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