淺析FPGA的結構組成及工作原理

2020-12-14 電子發燒友

淺析FPGA的結構組成及工作原理

發表於 2019-07-12 15:24:20

FPGA(現場可編程門陣列)，它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定製電路而出現的，一般來說比ASIC（專用集成電路）的速度要慢，實現同樣的功能比ASIC電路面積要大。但是FPGA內部使用可配置邏輯模塊(CLB),輸入輸出模塊(IOB),內部連線(interconnect)等部分組成，因此FPGA幾乎能夠實現所有的數字邏輯功能晶片，包括CPU。

以某廠某系列FPGA為例，其結構簡單描述為：

FPGA主要由大量的CLB來作為最小邏輯單元，使用內部連線將這些最小的邏輯單元連接，完成更大的邏輯功能單元，再與這些IOB連接完成最終結果或信號的輸入輸出。

CLB的結構簡單描述為：

每個slice內部都包含有查找表(LUT)和寄存器(REG)，查找表本質為一個sram，內部存儲著數字邏輯功能的真值表，真值表(sram)的輸出連接到寄存器(REG)或者連接到別的slice裡的真值表作為輸入，組合成更大的邏輯。

例如：使用2輸入查找表(即只能輸入2個信號)完成D=(A與B)或C;的邏輯功能。

由以上的例子可以看出FPGA與CPU，GPU和DSP等的工作方式有著本質的區別，它的工作方式不再是獲取指令，解碼指令，執行指令，而是在一個晶片內部去以真值表為器件來畫邏輯電路圖，因此FPGA的開發屬於硬體開發，它也有布局，布線，以及因布線長度延遲等造成的競爭冒險和亞穩態等電氣特性。

從FPGA的基本結構可以看出FPGA內部邏輯單元，類似於人腦的神經單元，但是由於目前FPGA的邏輯單元裡的邏輯功能固化之後不能實時動態的改變，就像畫好的電路圖製成電路板之後不能動態的變化一樣，因此若是FPGA也能與人腦的神經單元一樣，可以實時改變狀態改變裡面的邏輯，則或許真正的人工智慧將不再遙遠，機器也將可以真正同人類一樣擁有思維。

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