深入浅出FPGA-1-Cyclone芯片内部

引言

在学FPGA之前，一定弄明白一件事情，就是，FPGA到底是什么？

好吧，这一节主要说一下这个问题，当然不止这一个问题。

弄明白了这个问题，下一节开始说verilog语言的问题。

1.1FPGA实现类型

众所周知，FPGA不同于ASIC的最要的特性就是，FPGA是可重配置的。可重配置，就是这个芯片的功能是可重新定义的。配置什么呢，配置逻辑，什么是逻辑？逻辑由最小逻辑单元和连线两部分内容组成。

1》如果配置内容的逻辑部分（真值表）是通过RAM存放的，那么这个FPGA就是基于RAM的。

2》如果配置内容的逻辑部分（真值表）是通过FLASH存放的，那么这个FPGA就是基于FLASH的。

3》如果配置内容的逻辑部分（真值表）是那都没存，直接修改硬连线，那么这个FPGA就是基于熔丝/反熔丝的。这种只能配置一次，严格意义上说不算FPGA。

4》由于存在FLASH或RAM的内容在高辐射等影响下，容易发生变化，所以我猜，神九上面的FPGA是基于熔丝/反熔丝的。

2，FPGA最小单元

altera公司叫LE。xilux有另外一个名字。其实都一样。

下面就亲眼看一下LE到底是什么，怎么看呢？

1》打开quartusII,

2》找到chipplaner

3》你会看到好多小格子

4》逐级放大，然后双击一个小格子，

5》你会看到几个门，和很多线，

6》有的线是灰的，有的线是蓝的。

7》有的门是灰的，有的门是蓝的。

8》配置文件就是描述哪些门是灰的，哪些是蓝的，哪些线是灰的，哪些线是蓝的。

9》再双击一个小格子，你会发现和刚才那个小格子一样，好了，有很多很多。芯片型号EP2C8Q。。。其中‘C’后面的‘8’就是8K，就是LE的数量。

10》FPGA芯片有的是4线的，5线的，什么意思呢，其实FPGA的最小单元就是一个多路选择器。4线就是4选16路选择器。

11》16路的内容存在的memery（可以是RAM或FLASH）里，内容就是真值表的输出。

12》通过修改真值表，就可以实现不同的逻辑。

13》通过修改很多很多个LE的真值表，就可以修改整个FPGA芯片的逻辑，即，重配置。

3，FPGA和ASIC的关系

如果把werilog语言描述的电路映射成FPGA的单元（LE），那么就是FGPA。

如果把werilog语言描述的电路映射成制造IC的公司的元件，布线，像制造PCB那样，（只不过电阻和电容都很小）那么就是ASIC。

在流片之前要用FPGA验证。

4，自己写完verilog代码，到底会生成什么样的电路呢？

打开qartusII，找到RTL vewer，然后你就可以看到你的代码生成什么样的电路了。

就像你画完原理图得到的结果。就像是一个尺寸很小的PCB一样。可以这样认为，一个小芯片，就是一个浓缩版的PCB板子。

5，verilog代码是如何生成ASIC的？

1》用notepad++等编辑器写代码

2》用modulesim等仿真工具进行RTL仿真：前仿真

3》用QartusII等软件进行编译，生成中间表示形式，然后进行逻辑优化，综合，生成门级表示形式，和自带的元件库（也是用verilog写的，只不过是开关级的）

4》用modulesim等仿真工具进行门级，开关级仿真：后仿真

5》将QartusII综合后的配置文件（sof，pof）烧到板子上，验证

6》让ASIC厂子造几片，验证

7》批量造

6，小结

这一节讨论了很多问题，需要理解，其实FPGA不是从天上掉下来的，有他一步步的发展过程。和传统PCB制造，软件编译等领域有很多联系啊，对比一下，会比较容易理解。