fpga介紹_fpga芯片系統結構圖

目前主流的FPGA仍是基于查找表技術的，已經遠遠超出了先前版本的基本性能，并且整合了常用功能（如RAM、時鐘管理和DSP）的硬核（ASIC型）模塊。FPGA芯片主要由7部分完成，分別為：可編程輸入輸出單元、基本可編程邏輯單元、完整的時鐘管理、嵌入塊式RAM、豐富的布線資源、內嵌的底層功能單元和內嵌專用硬件模塊。

fpga芯片系統結構圖

1． 可編程輸入輸出單元（IOB）

可編程輸入/ 輸出單元簡稱I/O 單元，是芯片與外界電路的接口部分，完成不同電氣特性下對輸入/ 輸出信號的驅動與匹配要求，其示意結構如下圖 所示。FPGA 內的I/O 按組分類，每組都能夠獨立地支持不同的I/O標準。通過軟件的靈活配置，可適配不同的電氣標準與I/O 物理特性，可以調整驅動電流的大小，可以改變上、下拉電阻。目前，I/O 口的頻率也越來越高，一些高端的FPGA 通過DDR 寄存器技術可以支持高達2Gbps 的數據速率。

IOB內部結構

外部輸入信號可以通過IOB 模塊的存儲單元輸入到FPGA 的內部，也可以直接輸入FPGA 內部。當外部輸入信號經過IOB 模塊的存儲單元輸入到FPGA 內部時，其保持時間（Hold Time） 的要求可以降低，通常默認為0。為了便于管理和適應多種電器標準，FPGA 的IOB 被劃分為若干個組（bank），每個bank 的接口標準由其接口電壓VCCO 決定，一個bank 只能有一種VCCO，但不同bank 的VCCO 可以不同。只有相同電氣標準的端口才能連接在一起，VCCO 電壓相同是接口標準的基本條件。

2.基本可編程邏輯單元

FPGA的基本可編程邏輯單元是由查找表（LUT）和寄存器（Register）組成的，查找表完成純組合邏輯功能。FPGA內部寄存器可配置為帶同步/異步復位和置位、時鐘使能的觸發器，也可以配置成為鎖存器。FPGA一般依賴寄存器完成同步時序邏輯設計。一般來說，比較經典的基本可編程單元的配置是一個寄存器加一個查找表，但不同廠商的寄存器和查找表的內部結構有一定的差異，而且寄存器和查找表的組合模式也不同。

學習底層配置單元的LUT和Register比率的一個重要意義在于器件選型和規模估算。由于FPGA內部除了基本可編程邏輯單元外，還有嵌入式的RAM、PLL或者是DLL，專用的Hard IP Core等，這些模塊也能等效出一定規模的系統門，所以簡單科學的方法是用器件的Register或LUT的數量衡量。

3．數字時鐘管理模塊（DCM）

業內大多數FPGA 均提供數字時鐘管理（ 賽靈思公司的全部FPGA 均具有這種特性）。賽靈思公司推出最先進的FPGA 提供數字時鐘管理和相位環路鎖定。相位環路鎖定能夠提供精確的時鐘綜合，且能夠降低抖動，并實現過濾功能。

4. 嵌入式塊RAM（BRAM）

大多數FPGA都具有內嵌的塊RAM，這大大拓展了FPGA的應用范圍和靈活性。塊RAM可被配置為單端口RAM、雙端口RAM、內容地址存儲器 （CAM）以及FIFO等常用存儲結構。CAM存儲器在其內部的每個存儲單元中都有一個比較邏輯，寫入 CAM中的數據會和內部的每一個數據進行比較，并返回與端口數據相同的所有數據的地址，因而在路由的地址交換器中有廣泛的應用。除了塊RAM，還可以將 FPGA中的LUT靈活地配置成RAM、ROM和FIFO等結構。在實際應用中，芯片內部塊RAM的數量也是選擇芯片的一個重要因素。

內嵌的塊RAM