[原创] 凔海笔记之FPGA（二）：聊聊FPGA的内部结构_上

凔海 2016-3-10 18:36 楼主

以我现在的水平来说FPGA内部结构，那简直就是管中窥豹，盲人摸象，螳臂挡车，猪鼻子插大蒜，总之，定会献丑与众，贻笑大方。

不过，跳过去有难以给“强迫症癌”晚期的我一个解释，所以暂且记录下浅薄的认识吧。日后再做更新。

百度曰：“FPGA是以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至 FPGA 上进行测试，是现代 IC设计验证的技术主流”。知乎说：“FPGA是现场可编程们阵列，基于硬件描述语言，半定制设计电路”。老师言：“它就好比一张白纸，你可以在上面描述出自己想要的电路”。可是，它到底是什么呢？

在我看来，任何构造都来源于简单的元件和复杂的逻辑，FPGA就是用简单的元件搭建出复杂的操作平台，让我们在上面定制自己想要的东西。前人是用一个一个元件去连接构造，而我们是用语言描述。例如我要进行串口通讯，那就Description一个、我想进行滤波，那就写个fir、我想模拟51单片机，那也没问题。所以说，无论是Verilog HDL还是VHDL，其中最能体现其特点的就是D（Description）。我是从单片机转到FPGA的，所以总想对比二者区别以便更好了解。单片机写程序是为了实现某种控制，我们把写好的程序下载到单片机的程序存储器中，然后一条条的执行，而FPGA是把所写的程序翻译成电路，从而构造出自己想要的电路。例如串口通讯，单片机已有该模块，我们的工作是开启并选择模式，而FPGA需要你描述uart的波特率，如何接收字节发送字节，这一切FPGA里面是没有的，是我们描绘出来的。曾想到一个例子来理解FPGA。假设有一张神奇桌子，它如同哆啦a梦的四次元口袋，里面有你想要的各种食材、调味品还有饮料和酒，量是一定的但可以重复使用。而你是世界级的厨师，假设完毕。今天心情格外的好，所以你要做这样的一桌饭。

所以，你不断从桌子上找食材，做饭，找食材，炒菜，如同勤劳的小蜜蜂。

最终完成了上面那桌满汉全席，把做好的一道道菜放在桌子上让亲友享用。这和FPGA有何关系呢？下面就要进行映射啦。桌子就好比是FPGA，那桌子上食材就好比FPGA里面的资源，厨房如同开发软件，一道道菜就是一个一个模块，这一道道菜是独立的但他们也是关联的，因为他们构成这个满汉全席一份子，而满汉全席就是你的杰作。一双双筷子就好比一个个引脚，它完成输出，而且还是并行。人少你可以少做点，人多你可以多做点，但总有一个限度，就是这个神奇桌子里面食材数量的限制。 FPGA（Field－Programmable Gate Array）即现场可编程门阵列。现场可编程是不是就可以认为可以快速定制，也就是说，FPGA是可定制的，所以内部结构构造目的就是为了实现快速构造出所需要的芯片（电路）。而这个电路（芯片）是用编程的方式实现的。之所以能用编程方式而所谓的编程就是写下代码，由软件将它翻译出来，下载到FPGA。所谓的翻译出来，就是软件把你写的代码翻译成01，如同灌溉农田一样关闭一些通道，打开一些通道，以实现你的目的。为此，FPGA采用了大量的查找表（LUT）、数据选择器和触发器来实现。具体怎么实现，下节聊