怎樣實現(xiàn)單片機fpga的快速入門(編輯修改稿)
2025-07-26 01:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 個環(huán)節(jié)會有所側(cè)重2． 建立自信，不會再存在擔心學不會，也不再為學習安排的先后輕重問題擔心為了加強效果，學員可以多次地變化第三步的編程內(nèi)容并通過第四步加以驗證學員還可以在這個開發(fā)板的基礎(chǔ)上逐步增加各種外部信號或顯示部件，如按鍵，發(fā)光二極管，液晶數(shù)碼屏等等當然，也可以對邏輯電路和時序電路的概念。展開循序漸進的學習。以上四個步驟既適用于FPGA開發(fā)的學習，也適用于單片機的學習能夠為學員的下一步自學或培訓學習打下基礎(chǔ)。包括知識上的基礎(chǔ)和心理上的自信FPGA作為一種高新的技術(shù)，已經(jīng)逐漸普及到了各行各業(yè)，無論是消費類、通信類、電子行業(yè)都無處不在它的身影，從1985年第一顆FPGA誕生至今，F(xiàn)PGA已經(jīng)歷了將近20多個年頭，從當初的幾百個門電路到現(xiàn)在的幾百萬門、幾千萬門……，從原來的上千元的天價到現(xiàn)在幾元的超低價，可謂是出現(xiàn)了翻天覆地的變化。所以當前正是學習FPGA的最好時機，無論是社會的需求也好，還是技術(shù)的成熟度也好，已經(jīng)達到了前所未有的高度，我們可以花更少的成本，并以最快的速度掌握一種新的前沿技術(shù)，對我們的未來發(fā)展將會是非常大的幫助。作為一個FPGA的初學者必須要了解以下幾個問題：什么是FPGA？為什么要學習FPGA？如何去學FPGA？ 什么是FPGA？FPGA是Field Programmable Gate Array的縮寫，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。FPGA誕生于1985年，當時第一個FPGA采用2μm工藝，包含64個邏輯模塊和85000個晶體管，門數(shù)量不超過1000個，由名為Ross Freema所發(fā)明，當時他所創(chuàng)造的FPGA被認為是一個不切實際發(fā)明，他的同事Bill Carter曾說：“這種理念需要很多晶體管，并且那時晶體管是非常珍貴的東西?！?，所以人們認為Ross的想法過于脫離現(xiàn)實。但是Ross預計：根據(jù)摩爾定律（每18個月晶體管密度翻一翻），晶體管肯定會越來越便宜，因此它就越來越常見。在短短的幾年內(nèi)，正如Ross所預言的，出現(xiàn)了數(shù)十億美元的現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）市場。但是可惜的是，他無法享受這一派欣欣向榮的景象，在1989年Ross Freeman就與世長辭了，但是它的發(fā)明卻持續(xù)不斷地促進電子行業(yè)的進步與發(fā)展。我們都知道構(gòu)成數(shù)字邏輯系統(tǒng)最基本的單元是與門、或門、非門等，而他們都是用三極管、二極管和電阻等元件構(gòu)成，然后與門、或門、非門又構(gòu)成了各種觸發(fā)器，實現(xiàn)狀態(tài)記憶，F(xiàn)PGA屬于數(shù)字邏輯電路的一種，同樣由這些最基本的元件構(gòu)成。一個FPGA可以將上億個門電路組合在一起，集成在一個芯片內(nèi)，打破以往需要用龐大分立門電路元器件搭建的歷史，不僅電路面積、成本大大減小，而且可靠性得到了大幅度的提升。一般的FPGA內(nèi)部是由最小的物理邏輯單位LE、布線網(wǎng)絡(luò)、輸入輸出模塊以及片內(nèi)外設(shè)組成，所謂的最小物理邏輯單元是指用戶無法修改的、固定的最小的單元，我們只能將這些單元通過互聯(lián)線將其連接起來，然后實現(xiàn)用戶特定的功能。一個LE由觸發(fā)器、LUT以及控制邏輯組成，可以實現(xiàn)組合邏輯和時序邏輯；隨著FPGA集成度的不斷增加，其內(nèi)部的片內(nèi)外設(shè)也越來越多，內(nèi)部可集成SRAM、Flash、AD、RTC等外設(shè)，真正實現(xiàn)單芯片解決整個系統(tǒng)功能的目的。所以我們所理解的FPGA最底層是一些實實在在的門電路構(gòu)成，然后由門電路構(gòu)成最小的物理邏輯單元，然后通過布線層將這些最小物理邏輯單元連接成用戶需要的特定功能，我們所需要控制的是布線層之間的互連開關(guān)，這也是我們編程的對象，通過這些開關(guān)來改變功能。當今的FGPA按工藝分主要有SRAM工藝和Flash工藝（工藝是針對它們的編程開關(guān)來說的）兩類，SRAM工藝的FPGA最大的特點是掉電數(shù)據(jù)會丟失，無法保存，所以它們的系統(tǒng)除了一個FPGA以外，外部還需要增加一個配置芯片用于保存編程數(shù)據(jù)，每次上電的時候都需要從這個配置芯片將配置數(shù)據(jù)流加載到FPGA，然后才能正常的運行；但是Flash架構(gòu)的FPGA掉電不會丟失數(shù)據(jù)，無需配置芯片，上電即可運行，它的特點非常類似ASIC，但是又比ASIC更加的靈活，可以重復編程。在一些小規(guī)模的公司或者產(chǎn)品量不是很大的時候往往更傾向于用FPGA來取代ASIC，不僅能夠降低風險，而且能夠降低成本。 為什么要學習FPGA？FPGA從誕生以來，經(jīng)歷了從配角到主角的過程，從初期開發(fā)應(yīng)用到限量生產(chǎn)應(yīng)用再到大批量生產(chǎn)應(yīng)用的發(fā)展歷程。從技術(shù)上來說，最初只是邏輯器件，現(xiàn)在強調(diào)平臺概念，加入數(shù)字信號處理、嵌入式處理、高速串行和其他高端技術(shù)，從而被應(yīng)用到更多的領(lǐng)域，正因為其飛速的發(fā)展，讓更多學FPGA的人看到了希望，其廣闊的前景正是我們選擇的原因之一。1． 廣闊的發(fā)展前景據(jù)市場調(diào)研公司Gartner Dataquest預測，2010年FPGA和其它可編
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