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fpga简介
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fpga简介
FPGAFieldProgrammable Gate Array 即现场可编程门阵列它是在PAL可编程阵列逻辑、GAL通用阵列逻辑器件、CPL复杂可编程逻辑器件等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路ASIC领域中的一种半定制电路而出现的既解决了定制电路的不足又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。 注什么是现场可编程门阵列顾名思义有人推断它是可编程的逻辑门结构。这种解释很接近但又不太准确因为内部逻辑阵列实际并不是利用门来实现的。相反我们将阵列中的这些块称为逻辑单元。这些逻辑单元通常由查找表 (LUT)用于实现任意逻辑功能以及一些辅助电路例如多路复用器、加法器和触发器构成。人们将这种逻辑单元阵列称为“FPGA 结构”。简言之将 FPGA 比作一个盒子里面装有各种没有商标、用于构建数字电路的彩色构件。我可以通过适合我的应用的任何方式将这些构件连接到一起。如果能描述数字电路如何工作就能用足够的逻辑单元在 FPGA 内构建该电路。需要 25 个 PWM 输出没问题。需要特殊通信协议对某些硬件进行编程来处理该协议。 fpga工作原理 FPGA采用了逻辑单元阵列LCALogic Cell Array这样一个概念内部包括 可配置逻辑模块CLBConfigurable Logic Block、输出输入模块IOBInput Output Block和内部连线Interconnect三个部分。 fpga特点 1 采用FPGA设计ASIC电路专用集成电路用户不需要投片生产就能得到合用的芯片。 2 FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。 3 FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。 4 FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。 5 FPGA采用高速CMOS工艺功耗低可以与CMOS、TTL电平兼容。 一文看懂fpga和单片机的区别 单片机简介 单片机全称为单片微型计算机Single-Chip Microcomputer又称微控制器Microcontroller是把中央处理器、存储器、定时/计数器Timer/Counter、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。它的最大优点是体积小可放在仪表内部但存储量小输入输出接口简单功能较低。由于其发展非常迅速旧的单片机的定义已不能满足所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器。 单片机工作原理 单片机自动完成赋予它的任务的过程也就是单片机执行程序的过程即一条条执行的指令的过程所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的一条指令对应着一种基本操作单片机所能执行的全部指令就是该单片机的指令系统不同种类的单片机其指令系统亦不同。 为使单片机能自动完成某一特定任务必须把要解决的问题编成一系列指令这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令这一系列指令的集合就成为程序程序需要预先存放在具有存储功能的部件——存储器中。存储器由许多存储单元最小的存储单位组成就像大楼房有许多房间组成一样指令就存放在这些单元里单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号该地址号称为存储单元的地址这样只要知道了存储单元的地址就可以找到这个存储单元其中存储的指令就可以被取出然后再被执行。 程序通常是顺序执行的所以程序中的指令也是一条条顺序存放的单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行必须有一个部件能追踪指令所在的地址这一部件就是程序计数器PC包含在CPU中在开始执行程序时给PC赋以程序中第一条指令所在的地址然后取得每一条要执行的命令PC在中的内容就会自动增加增加量由本条指令长度决定可能是1、2或3以指向下一条指令的起始地址保证指令顺序执行。 单片机特点 1体积小、结构简单、可靠性高 2控制能力强 3低电压、低功耗 4优异的性能/价格比 一文看懂fpga和单片机的区别 fpga和单片机的区别 1、结构上的区别 单片机是一种微处理器类似于电脑CPU的它一般采用的是哈佛总线结构或者冯诺依曼结构对单片机的编程很大程度上要考虑到它的结构和各个寄存器的作用单片机用途比较广一般用在控制流水线上还有日常你看得到的东西上 FPGA 它的结构是查找表结构其程序不用去太考虑芯片的结构要注意的是时序上问题它的结构比较复杂功能也很强大一般应用在通信领域等比较高端的场合目前在国内FPGA还算是一个新兴的行业当然它的价格也要比单片机贵得多 单片机是一个微控制器通过加载模块软件来实现某种功能单片机是成型的芯片;FPGA是用来设计芯片的芯片。 2、速度上的区别 FPGA由于是硬件电路运行速度直接取决于晶振速度系统稳定特别适合高速接口电路。单片机由于是单线程哪怕是常用的M3系列流水线也是单线程执行程序语句需要等待单片机周期才能执行。 3、本质区别 FPGA和单片机的区别本质上是软件和硬件的区别FPGA更偏向于硬件电路而单片机更偏于软件。 单片机设计属软件范畴;它的硬件单片机芯片是固定的通过软件编程语言描述软件指令在硬件芯片上的执行; FPGA设计属硬件范畴它的硬件FPGA是可编程的是一个通过硬件描述语言在FPGA芯片上自定义集成电路的过程; 4、应用上的区别 应用上差别更大。MCU最终所有的指令在一个MCU中都是顺序执行的而FPGA由于是逻辑单元很容易做到并行执行。 5、入门难易程度
单片机比FPGA简单些价格也低一些。要做PID算法控制的用单片机可以STM32F4系列已经到300M跑PID完全足够如果是跑嵌入式的话可以上ARM芯片。涉及通信、图像等高速部分可以采用单FPGA模块。 注为什么我会需要 FPGAFPGA 可用于实现数字系统但简单的微控制器通常也能够达到同样的效果。微控制器价格低廉而且易于放置在印刷电路板上。虽然 FPGA 是一种功能强大的工具但未必适合所有情况。它们有更多的功耗、布局和外部电路要求甚至可能非常苛刻。使用成本高昂且具有诸多特殊要求的 FPGA 似乎有些不合时宜。但您也许已经猜到了需要 FPGA 的原因灵活性。您拥有可配置的逻辑块就意味着不再受到硬件的制约。您不会再遇到定时器或 UART 不够用的情况只要您拥有逻辑单元便可创建更多定时器或 UART。它能够随着技术和要求的变化在今后进行重新配置从而延长产品的生命周期。第二个原因是速度。微控制器只能按顺序一次执行一条指令。由于硬件特性FPGA 结构本身是并行的。因此它能同时执行多个指令这对于 FFT 或图形处理等操作非常有用因为在按顺序执行的处理器上这些操作可能产生很高的成本。与 LVDS 等典型微控制器相比FPGA 还提供了更多高速 I/O 选项收发器能够以 10 Gbps 的速度处理 HDMI 等协议。如何为 FPGA 编程FPGA 采用一种名为 HDL即硬件描述语言的特殊语言。它主要包含两种语言Verilog 和 VHDL。几乎所有开发套件例如 Quartus 或 Vivado都支持这两种语言所以选择哪种语言只是偏好问题。然后对这两种语言进行“合成”这类似于微控制器的编译。合成工具告诉 FPGA 如何连接其逻辑单元以产生代码所描述的效果。请记住代码被转换为硬件指令而非 CPU 指令在您开始使用时务必牢记这一点。为了简化开发FPGA 供应商提供了常用代码块目录供您轻松置入到设计中。其中包括倍频器、RAM 和通信块等。您可对它们进行配置并添加到设计中而无需查看涉及的 HDL 代码从而加快开发速度。图 2显示来自 xilinx 目录和 HLS 的 IP 块的部分框图。图片来源eewiki.net有些供应商还提供高级别合成 (HLS) 工具能够将使用 C 或 C 语言编写的功能转换为 HDL 代码块。使用这些工具可以通过抽除一些低级别细节显著减少具有软件背景的开发人员的入门障碍。
它能够使用软处理器。软处理器是从 FPGA 的逻辑单元构建的完整处理器。利用软处理器您能够为处理器构建定制的辅助硬件并使用 C 语言编写应用程序。可在几分钟内完成简单的软处理器系统设置和编程。如果仍需要传统处理器可考虑在单一封装中包含 FPGA 和硬 ARM 处理器的 SoC。 总之与典型的微控制器相比FPGA 的成本更高使用难度更大但它们能够提供更强的性能和灵活性。随着技术的改进集成度的提高FPGA 的成本变得更低它们甚至能够取代传统的微控制器。
