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FPGA 入门教程

引言

FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种灵活且强大的硬件设备，

广泛应用于数字电路设计、信号处理、嵌入式系统等领域。与传统的 ASIC（专用集成电路）

不同，FPGA 允许用户在硬件级别上重新配置逻辑电路，这使得它在快速原型设计、高性能

计算和实时处理中具有独特的优势。

本文旨在为初学者提供一个全面的 FPGA 入门教程，涵盖 FPGA 的基本概念、开发流程、代

码示例以及实际应用场景。通过本文的学习，读者将能够理解 FPGA 的工作原理，并掌握如

何使用硬件描述语言（HDL）进行简单的 FPGA 设计。

1. FPGA 基础概念

1.1 FPGA 的架构

FPGA 的核心由以下几个部分组成：

可编程逻辑单元（CLB）：CLB 是 FPGA 的基本构建块，包含查找表（LUT）、触发器和多路复

用器等组件。CLB 可以配置为执行各种逻辑功能。

可编程互连资源：FPGA 内部的逻辑单元通过可编程互连资源连接在一起，形成复杂的电路。

输入/输出块（IOB）：IOB 用于与外部设备进行通信，支持多种电气标准和协议。

块存储器（BRAM）：FPGA 通常包含一定数量的块存储器，用于存储数据。

数字信号处理单元（DSP）：一些 FPGA 还包含专用的 DSP 单元，用于高效执行乘法和累加操

作。

1.2 FPGA 与 ASIC 的区别

FPGA 和 ASIC 都是用于实现数字电路的硬件设备，但它们之间存在显著差异：

特性 FPGA ASIC

灵活性可重新编程一旦制造完成，无法更改

开发周期较短较长

成本较高（单件成本）较低（大规模生产时）

性能较低较高

功耗较高较低

FPGA 适用于需要快速原型设计和小批量生产的场景，而 ASIC 则更适合大规模生产和性能要

求极高的应用。

2. FPGA 开发流程

2.1 硬件描述语言（HDL）

FPGA 设计通常使用硬件描述语言（HDL）进行。最常见的 HDL 包括 Verilog 和 VHDL。本文

将以 Verilog 为例进行讲解。

2.2 开发工具

FPGA 开发通常需要使用厂商提供的开发工具，如 Xilinx 的 Vivado 或 Intel 的 Quartus Prime。

这些工具提供了从设计输入到综合、布局布线、仿真和下载的全流程支持。

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