内容发布更新时间 : 2024/5/28 5:57:28星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

具有先进的高速串行连接功能和链路/事务层功能。强大的时钟管理模块(CMT)时钟控制，具有零延迟缓冲、频率综合和时钟相移功能的数字时钟管理器模块，具有输入抖动滤波、零延迟缓冲、频率综合和相位匹配时钟分频功能的 PLL 模块。

在该产品系列中，只有 LX 平台没有 Rocket I/O GTP 收发器、PIC－E 端点模块和以太网 MAC 模块。芯片内部最高工作频率可达到550M。

第二节 FPGA与Altera

ALTERA 公司于 1983 年 6 月在美国 SAN JOSE 创立，也是一家提供可编程逻辑器件的专业设计公司。ALTERA 是复杂可编程逻辑器件（CPLD）的发明者，该公司于 1988 年在 NASDAQ 挂牌（ALTR），进入 90 年代以后，ALTERA 更成为发展最快的可编程逻辑器件厂商之一。

ALTERA 公司的 FPGA 器件有 FLEX、CYCLONE、STRATIX 三个系列。

ALTERA 公司器件系列丰富，产品应用范围广。除了早期型号 FLEX 系列没有内嵌存储器之外，后来的系列都内嵌了存储逻辑块，部分高端产品还嵌入 DSP 或者ARM 微处理器。集成度、性价比都较高，其中以 CYCLONE 系列最突出。目前FLEX8000 已停产，FLEX6000 和 FLEX10K 已经较少使用，基本被 ACEX1K 和CYCLONE 取代，目前 ACEX、APEX、CYCLONE 和 STRATIX 系列为该公司的 主流产品。

ALTERA 公司的典型产品 FLEX8000 系列架构 FPGA 有三层结构，FLEX8000器件的架构见图3。其最底层也是基于查找表结构的。应该注意到的是 FLEX8000系列是 FPGA 和 CPLD 技术结合的产品。FLEX8000 系列是基于 SRAM 和以四端输入 LUT 作为它的基本逻辑模块为特色的器件，该系列 FPGA 的逻辑容量范围从大约 4000 门到超过 15000 门。基本逻辑模块又称为逻辑单元（IE）包括有一个四端输入的 LUT、一个触发器和对算法运算电路有特殊用途的进位电路（相似于Xilinx XC4000）。

- 5 -

图3 Altera FLEX8000 FPGA 架构

第四章：FPGA与开发语言

第一节 FPGA与Verilog

对于FPGA开发而言，比较流行的HDL主要有Verilog HDL、VHDL、ABEL—HDL和AHDL等。其中VHDL和Verilog HDL因适合标准化的发展方向而最终成为IEEE标准。与VHDL相比Verilog HDL有个最大的优点是：它是一种非容易掌握的硬件描述语言。只要有C语言的编程基础，一般经过2到3个月的认真学习和实际操作就能掌握这种设计技。并且完成同一功能它的程序条数一般仅为VHDL的1/3。 Verilog并不是FPGA专用的设计语言，有些东西在FPGA中并等不到应用，也就是说FPGA应用的Verilog实际是Verilog语法的一个子集。

第二节 FPGA与VHDL

VHDL是Very high speed integrated circuit Hardware Description Language的缩写，即超高速集成电路的硬件描述语言。由于半导体编程技术的快速进步4 VHDL所能提供高阶电路描述语言的表达式让复杂的电路可以通过VHDL编辑器的电路方式，轻易而且快速地达到设计的规格，VHDL电路描述语言所能涵盖的范围相当广，能适用于各种不同阶层的设计工程师的需求，从ASIC

- 6 -

的设计到PCB系统的设计，VHDL电路描述语言都能派上用场， 所以VHDL电路设计毫无疑问地成为硬件设计工程师的必备工具。目前，VHDL语言也已成为FPGA编程最常用的工具，而VHDL作为硬件电路描述语言，与一般的软件语言有很大的不同，它代表的是门阵列的动作状态，所以在编写VHDL程序时，不但有它本身的语法，而且最为重要的是逻辑电路动作的精确问题。这也是硬件设计工程师最为头疼的问题，因为逻辑电路的误动作很可能导致整个系统的瘫痪！

第五章：FPGA与应用

第一节电路设计中FPGA的应用

连接逻辑，控制逻辑是FPGA早期发挥作用比较大的领域也是FPGA应用的基石．事实上在电路设计中应用FPGA的难度还是比较大的这要求开发者要具备相应的硬件知识（电路知识）和软件应用能力（开发工具）这方面的人才总是紧缺的，往往都从事新技术，新产品的开发成功的产品将变成市场主流基础产品供产品设计者应用在不远的将来,通用和专用IP的设计将成为一个热门行业！搞电路设计的前提是必须要具备一定的硬件知识．

第二节产品设计

把相对成熟的技术应用到某些特定领域如通讯，视频，信息处理等等开发出满足行业需要并能被行业客户接受的产品这方面主要是FPGA技术和专业技术的结合问题，另外还有就是与专业客户的界面问题产品设计还包括专业工具类产品及民用产品，前者重点在性能，后者对价格敏感产品设计以实现产品功能为主要目的，FPGA技术是一个实现手段在这个领域，FPGA因为具备接口，控制，功能IP，内嵌CPU等特点有条件实现一个构造简单，固化程度高，功能全面的系统产品设计将是FPGA技术应用最广大的市场，具有极大的爆发性的需求空间产品设计对技术人员的要求比较高，路途也比较漫长不过现在整个行业正处在组建＂首发团队＂的状态，只要加入，前途光明产品设计是一种职业发展方向定位，不是简单的爱好就能做到的！产品设计领域会造就大量的企业和企业家，是一个近期的发展热点和机遇

第三节 系统级应用

- 7 -

系统级的应用是FPGA与传统的计算机技术结合，实现一种FPGA版的计算机系统如用XilinxV-4, V-5系列的FPGA，实现内嵌POWERPCCPU, 然后再配合各种外围功能，实现一个基本环境，在这个平台上跑LINIX等系统这个系统也就支持各种标准外设和功能接口（如图象接口）了这对于快速构成FPGA大型系统来讲是很有帮助的。这种＂山寨＂味很浓的系统早期优势不一定很明显，类似ARM系统的境况但若能慢慢发挥出FPGA的优势，逐渐实现一些特色系统也是一种发展方向。若在系统级应用中，开发人员不具备系统的扩充开发能力，只是搞搞编程是没什么意义的，当然设备驱动程序的开发是另一种情况，搞系统级应用看似起点高，但不具备深层开发能力，很可能会变成爱好者。

总结

FPGA技术的创立和发展经过了一个长期的过程，是在之前ASIC技术的基础上发展而来的，最早是由Xilinx公司首先提出来。其结构包括主要的可配置的逻辑块CLB、可配置的I/O模块和可编程互连资源，另外还有其他一些扩展部分。 FPGA技术在国外发展已经相当成熟，但在国内，仍处在起步阶段，大多数技术要靠进口。Xilinx和Altera是目前世界上两大FPGA生产厂家，Altera更面向军用一点，Xilinx更面向商用。目前FPGA中使用最广泛的语言是Verilog和VHDL两种语言，两种语言各有各的特点，Verilog更接近我们所熟知的C语言的语法。另外，两种语言都不是专门的FPGA设计语言，FPGA使用到的只是它们的子集而已。

此次调研主要从四个不同的方面深入了解了一下FPGA。当然，FPGA所涉及的知识不仅仅这么四个方面，在以后的学习中，同学们应该从更多的方面深入理解，这样才能更好的掌握好FPGA的相关知识。从FPGA在中国的发展来看，国内现在紧缺FPGA方面的人才，为了以后的工作考虑，学好FPGA是找到好工作的一条途径。

参考文献

[1] 杜慧敏,李宥谋，赵全良：基于Verilog的FPGA设计基础.西安电子科技大学出版社，2006

[2] 朱赤驹：FPGA中CLB电路的设计研究.电子科技大学硕士学士论文，2009 [3] 周奇勋，王勉华，乐春峡：基于FPGA的VHDL语言设计优化.仪器仪表学报，2003

- 8 -