可編程門電路

① 電路板是怎麼實現可編程性的呢

單片機，或者叫微控制器。可以搜索"單片機"了解更多。原理和CPU相似，如果有高中的版電學知識，很容易權理解。這個就是通過數字電路進行數字輸入輸出，其實就是輸入輸出高電壓低電壓，還有模擬輸入PWM，模擬輸入。如果DIY印刷電路比較復雜，但是可行。原理和計算機一樣，具體可以搜索門電路了解更多，網上有自製4位計算機的教程。

② 可編程的集成電路 是什麼意思原理是怎樣的

1、可編程的集成電路有很多種，例如單片機，FPGA....。
2、意思是指可以對集成電路編程，獲得我們要求的功能。

③ 單片機與可編程邏輯器件的區別

簡單地說，可編程邏輯器件是在硬體結構的基礎上直接進行運算，優點在於運算速度快，比如加減法都有邏輯門電路直接運算
單片機採用的是寄存器或ram存儲變數
然後對他們在ram中進行數據處理，速度沒有PLC快
對於一些高速演算法
或者運算量較大
用PLC或者FPGA的優勢明顯

④ FPGA等可編程邏輯器件設計流程是怎麼樣的

通常可將FPGA/CPLD設計流程歸納為以下7個步驟，這與ASIC設計有相似之處。 1.設計輸入。Verilog或VHDL編寫代碼。 2.前模擬（功能模擬）。設計的電路必須在布局布線前驗證電路功能是否有效。（ASCI設計中，這一步驟稱為第一次Sign-off）PLD設計中，有時跳過這一步。 3.設計編譯（綜合）。設計輸入之後就有一個從高層次系統行為設計向門級邏輯電路設轉化翻譯過程，即把設計輸入的某種或某幾種數據格式(網表)轉化為軟體可識別的某種數據格式(網表)。 4.優化。對於上述綜合生成的網表，根據布爾方程功能等效的原則，用更小更快的綜合結果代替一些復雜的單元，並與指定的庫映射生成新的網表，這是減小電路規模的一條必由之路。 5.布局布線。 6.後模擬（時序模擬）需要利用在布局布線中獲得的精確參數再次驗證電路的時序。（ASCI設計中，這一步驟稱為第二次Sign—off）。 7.生產。布線和後模擬完成之後，就可以開始ASCI或PLD晶元的投產

⑤ 集成電路設計、VLSI、SoC、FPGA 等的區別 計算機系統結構 的研究分支

1、包含范圍不同

總體來說，集成電路設計的范圍較為廣泛，包含了各種電路設計，而其他的則被包含在裡面。

集成電路設計是指以集成電路、超大規模集成電路為目標的設計流程。集成電路設計涉及對電子器件、器件間互連線模型的建立。所有的器件和互連線都需安置在一塊半導體襯底材料之上，這些組件通過半導體器件製造工藝（例如光刻等）安置在單一的硅襯底上，從而形成電路。

2、各自所指的電路不同

VLSI是超大規模集成電路的簡稱，指幾毫米見方的矽片上集成上萬至百萬晶體管、線寬在1微米以下的集成電路。

SoC稱為系統級晶元，也有稱片上系統，意指它是一個產品，是一個有專用目標的集成電路，其中包含完整系統並有嵌入軟體的全部內容。同時它又是一種技術，用以實現從確定系統功能開始，到軟/硬體劃分，並完成設計的整個過程。

FPGA是在PAL、GAL等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。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，既解決了定製電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

(5)可編程門電路擴展閱讀

集成電路設計硬體實現

對於不同的設計要求，工程師可以選擇使用半定製設計途徑，例如採用可編程邏輯器件（現場可編程邏輯門陣列等）或基於標准單元庫的專用集成電路來實現硬體電路；也可以使用全定製設計，控制晶體管版圖到系統結構的全部細節。

1、全定製設計

這種設計方式要求設計人員利用版圖編輯器來完成版圖設計、參數提取、單元表徵，然後利用這些自己設計的單元來完成電路的構建。

通常，全定製設計是為了最大化優化電路性能。如果標准單元庫中缺少某種所需的單元，也需要採取全定製設計的方法完成所需的單元設計。

2、半定製設計

與全定製設計相對的設計方式為半定製設計。簡而言之，半定製集成電路設計是基於預先設計好的某些邏輯單元。例如，設計人員可以在標准組件庫（通常可以從第三方購買）的基礎上設計專用集成電路，從中選取所需的邏輯單元（例如各種基本邏輯門、觸發器等）來搭建所需的電路。

也可以使用可編程邏輯器件來完成設計，這類器件的幾乎所有物理結構都已經固定在晶元之中，僅剩下某些連線可以由用戶編程決定其連接方式。與這些預先設計好的邏輯單元有關的性能參數通常也由其供應商提供，以方便設計人員進行時序、功耗分析。在半定製的現場可編程邏輯門陣列上實現設計的優點是開發周期短、成本低。

參考資料來源：網路—集成電路設計

參考資料來源：網路—VLSI

參考資料來源：網路—SoC

參考資料來源：網路—FPGA

⑥ 請高人解釋一下集成電路設計中 可編程邏輯器件設計（PLD）和現場可編程邏輯陣列設計（FPGA）和兩者的區別

CPLD（Complex Programmable Logic Device）是Complex PLD的簡稱,一種較PLD為復雜的邏輯元件。
CPLD是一種用戶根據各自需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。其基本設計方法是藉助集成開發軟體平台，用原理圖、硬體描述語言等方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜（「在系統」編程）將代碼傳送到目標晶元中，實現設計的數字系統。

發展歷史及應用領域：
20世紀70年代，最早的可編程邏輯器件--PLD誕生了。其輸出結構是可編程的邏輯宏單元，因為它的硬體結構
設計可由軟體完成（相當於房子蓋好後人工設計局部室內結構），因而它的設計比純硬體的數字電路具有很強的靈活性，但其過於簡單的結構也使它們只能實現規模較小的電路。為彌補PLD只能設計小規模電路這一缺陷，20世紀80年代中期，推出了復雜可編程邏輯器件--CPLD。目前應用已深入網路、儀器儀表、汽車電子、數控機床、航天測控設備等方面。

器件特點：
它具有編程靈活、集成度高、設計開發周期短、適用范圍寬、開發工具先進、設計製造成本低、對設計者的硬體經驗要求低、標准產品無需測試、保密性強、價格大眾化等特點，可實現較大規模的電路設計，因此被廣泛應用於產品的原型設計和產品生產(一般在10,000件以下)之中。幾乎所有應用中小規模通用數字集成電路的場合均可應用CPLD器件。CPLD器件已成為電子產品不可缺少的組成部分，它的設計和應用成為電子工程師必備的一種技能。

如何使用：
CPLD是一種用戶根據各自需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。其基本設計方法是藉助集成開發軟體平台，用原理圖、硬體描述語言等方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜（「在系統」編程）將代碼傳送到目標晶元中，實現設計的數字系統。

這里以搶答器為例講一下它的設計（裝修）過程，即晶元的設計流程。CPLD的工作大部分是在電腦上完成的。打開集成開發軟體(Altera公司 Max+pluxII)→畫原理圖、寫硬體描述語言（VHDL，Verilog）→編譯→給出邏輯電路的輸入激勵信號，進行模擬，查看邏輯輸出結果是否正確→進行管腳輸入、輸出鎖定（7128的64個輸入、輸出管腳可根據需要設定）→生成代碼→通過下載電纜將代碼傳送並存儲在CPLD晶元中。7128這塊晶元各管腳已引出，將數碼管、搶答開關、指示燈、蜂鳴器通過導線分別接到晶元板上，通電測試，當搶答開關按下，對應位的指示燈應當亮，答對以後，裁判給加分後，看此時數碼顯示加分結果是否正確，如發現有問題，可重新修改原理圖或硬體描述語言，完善設計。設計好後，如批量生產，可直接復制其他CPLD晶元，即寫入代碼即可。如果要對晶元進行其它設計，比如進行交通燈設計，要重新畫原理圖、或寫硬體描述語言，重復以上工作過程，完成設計。這種修改設計相當於將房屋進行了重新裝修，這種裝修對CPLD來說可進行上萬次。

FPGA是Field Programmable Gate Array的縮寫，即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。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，既解決了定製電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

FPGA誕生於1985年，當時第一個FPGA採用2μm工藝，包含64個邏輯模塊和85000個晶體管，門數量不超過1000個，由名為Ross Freema所發明，當時他所創造的FPGA被認為是一個不切實際發明，他的同事Bill Carter曾說：「這種理念需要很多晶體管，並且那時晶體管是非常珍貴的東西。」，所以人們認為Ross的想法過於脫離現實。但是Ross預計：根據摩爾定律（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，正如Ross所預言的，出現了數十億美元的現場可編程門陣列（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，但是它的發明卻持續不斷地促進電子行業的進步與發展。

我們都知道構成數字邏輯系統最基本的單元是與門、或門、非門等，而他們都是用三極體、二極體和電阻等元件構成，然後與門、或門、非門又構成了各種觸發器，實現狀態記憶，FPGA屬於數字邏輯電路的一種，同樣由這些最基本的元件構成。一個FPGA可以將上億個門電路組合在一起，集成在一個晶元內，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內部是由最小的物理邏輯單位LE、布線網路、輸入輸出模塊以及片內外設組成，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線將其連接起來，然後實現用戶特定的功能。一個LE由觸發器、LUT以及控制邏輯組成，可以實現組合邏輯和時序邏輯；隨著FPGA集成度的不斷增加，其內部的片內外設也越來越多，內部可集成SRAM、Flash、AD、RTC等外設，真正實現單晶元解決整個系統功能的目的。所以我們所理解的FPGA最底層是一些實實在在的門電路構成，然後由門電路構成最小的物理邏輯單元，然後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，這也是我們編程的對象，通過這些開關來改變功能。

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來說的）兩類，SRAM工藝的FPGA最大的特點是掉電數據會丟失，無法保存，所以它們的系統除了一個FPGA以外，外部還需要增加一個配置晶元用於保存編程數據，每次上電的時候都需要從這個配置晶元將配置數據流載入到FPGA，然後才能正常的運行；但是Flash架構的FPGA掉電不會丟失數據，無需配置晶元，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。在一些小規模的公司或者產品量不是很大的時候往往更傾向於用FPGA來取代ASIC，不僅能夠降低風險，而且能夠降低成本。

1.2 為什麼要學習FPGA？

FPGA從誕生以來，經歷了從配角到主角的過程，從初期開發應用到限量生產應用再到大批量生產應用的發展歷程。從技術上來說，最初只是邏輯器件，現在強調平台概念，加入數字信號處理、嵌入式處理、高速串列和其他高端技術，從而被應用到更多的領域，正因為其飛速的發展，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． 廣闊的發展前景

據市場調研公司Gartner Dataquest預測，2010年FPGA和其它可編程邏輯器件(PLD)市場將從2005年的32億美元增長到67億美元，未來還將有不斷往上增長的趨勢。FPGA及PLD產業發展的最大機遇是替代ASIC和專用標准產品(ASSP)，由ASIC和ASSP構成的數字邏輯市場規模大約為350億美元。由於用戶可以迅速對PLD進行編程，按照需求實現特殊功能，與ASIC和ASSP相比，PLD在靈活性、開發成本以及產品及時面市方面更具優勢，所以未來FPGA將會是一個非常有前景的行業。

FPGA由於其結構的特殊性，可以重復編程，開發周期較短，越來越受人們的青睞，它的特點也更接近ASIC，ASIC比FPGA最大的優勢是低成本，但是FPGA的價格現在也是越來越低，例如：Actel的Nano系列更是打破了FPGA的價格屏障，提供超過50種低於1美金的FPGA，在一定程度上已經可以與ASIC相抗衡。

根據當前發展的趨勢，未來的FPGA勢必將會取代一部分ASIC的市場，雖然根據摩爾定律(Moore』s Law)：每18至24個月能在相同的單位面積內多擠入一倍的晶體管數，這意味著電路成本每18至24個月就可以減半，但這只是指裸晶(Die)的成本，並不表示整個晶元的成本減半，這是由於晶圓製造更前端的掩膜(Mask)成本、晶圓製造更後端的封裝(也稱為：構裝、包裝)成本、人力成本等都不會隨摩爾定律而變化，反而晶元的成本有上升的趨勢，所以過去許多中、小用量的晶元無法用先進的工藝來生產，對此不是持續使用舊工藝來生產，就是必須改用FPGA晶元來生產……

因此，未來的趨勢告訴我們，FPGA將成為21世紀最重要的高科技產業之一，特別是國內的FPGA市場，更是一個「未開墾的處女地」，抓住現在的機遇意味著為我們將來的產品提供更多的競爭力。

2． 提供更多就業機會
雖然FPGA市場的廣闊，但是FPGA的技術人員是極度地缺乏，其原因是還未得到高校的重視，很多學校都未開FPGA的課程，導致學生畢業後連什麼是FPGA，什麼是Verilog都不知道，失去了很多就業的機會。我們公司(廣州單片機發展有限公司)這三年來跑遍了全國22個城市，每次宣講會場里場外都站滿了人，每個學生都渴望尋找一份好工作的心情由此可見一斑，但通過考試發現懂FPGA和Verilog的學生卻寥寥無幾，盡管我們每年都對招聘FPGA人才寄予了很大的希望，但每次都失望而歸，深深地體會到招聘FPGA開發工程師困難重重。

由此可見在應屆畢業生中熟練掌握FPGA的學生屬於稀缺資源，然而企業為培養FPGA開發工程師無不付出沉重的代價，所以對於在校電類專業的學生來說，這就是打造個人差異化競爭力的機會，事實上只要掌握FPGA就能夠找到一份薪水更好的工作。我們公司每次在考核員工時往往都會特別關注這些「特殊員工」的情況，一般來說這些員工的工作都會比其它崗位高500元，這就是學習FPGA的優勢，但是很多人不曾完全意識到掌握FPGA技術的重要性。

當前受金融危機的影響，對學生的就業更是巨大的考驗，據教育部的統計，2008年，全國普通高校畢業生達559萬人，比2007年增加64萬人，2009年高校畢業生規模達到611萬人，比2008年增加52萬人，如此多的大學生面臨著就業的問題，如果不具備一定的技能，將會淹沒在大學生的潮流之中而找不到理想的工作，而學習FPGA可以幫助學生多一技之長，大大提高就業的機會。

3．具有更大的技術擴展空間
我們都知道，以前IC半導體產業一直是國內比較薄弱的產業，與國外的發展步伐相比還差甚遠，我們所用的IC大部分都來自歐美地區，國內擁有自主產品的IC技術不多，多半需要引進國外先進的IC設計技術，但是自2000年以來，中國大陸的IC設計企業如雨後春筍般迅速涌現，企業數量5年增加了4倍多，2005年已經達到500多家，銷售收入過億元人民幣的設計企業達到17家，其中兩家超過5億元。概括地講，中國的IC設計公司可以分為四類，第一類是國有IC設計公司，一般是承擔政府研發任務的研究所轉制後設立；第二類是由系統廠商的設計部門獨立出來的IC設計公司；第三類是民營IC設計公司，以海歸型為主；最後一類是外資IC設計公司。

所以IC設計也是未來發展的一個重點方向，將會是國家大力扶持的產業之一，而IC的設計人員所必須掌握的是FPGA的技術，在晶元流片之前都是通過FPGA來進行前期的設計驗證，用的語言也是FPGA的設計語言，只是在後端的設計中才用到IC設計的特定技術，所以IC設計人員必定是懂得FPGA設計的人，掌握FPGA的技術是通往IC設計殿堂的必經之路，學習FPGA有助於給我們更大的技術擴展空間。

1.3 怎樣學FPGA？
既然FPGA對我們如此的重要，那對於初學者的我們又應該如何去學呢？學習一樣知識應該有好的老師教導，我們才能更快的掌握，可惜的是大部分的學校未開相關的課程，也缺少相關專業的老師，我們如何能夠找到一個捷徑或方法幫助我們學會這么極具競爭力的技術，讓我們通向成功的殿堂呢？筆者覺得應該需要有步驟，有目的、循序漸進地掌握相關的技術，我們公司從原來的1人的FPGA團隊，發展到如今30人左右的FPGA團隊，有著一些成長的經歷和經驗，也希望在此能與大家一起分享。

1． 掌握FPGA編程語言
在學習一門技術之前我們往往從它的編程語言開始，就如學習單片機一樣，我們從C語言開始，掌握了C語言，開發單片機就不是什麼難事了。學習FPGA也是如此，FPGA的編程語言有兩種：VHDL和Verilog，這兩種都適合用於FPGA的編程，VHDL比Veirlog早出現，由美國的軍方組織開發，在1987年成為了IEEE的標准；Verilog則是由民間一家普通的公司私有財產轉化而來，基於其優越性，在1995成為了IEEE標准。VHDL在歐地區應用的較為廣泛，而Verilog在中國、美國、日本、台灣等地應用較為廣泛，筆者比較推崇的是Verilog，因為它非常易於學習，很類似於C語言，如果具有C語言基礎的人，只需要花很少的時間便能掌握Verilog，而VHDL較為抽象，學習需要一段較長的時間。

如果是學生，學習Verilog最好的時期是在大學二年級，與數字電路同步學習，不僅能夠理解數字電路實現的方式，更能通過FPGA將數字電路得以實現，筆者發現華中科技大學康華光教授主編的《電子技術基礎（數字部分）》非常好，可以說是一本與時俱進的教材，在其中介紹了Verilog語言，並且在每一章的最後一節都介紹了如何使用Verilog建模實現相關數字電路的內容，非常適合大二學習FPGA的學生，本書同樣以《電子技術基礎（數字部分）》為背景，並與該書進行配套同步，在它的基礎上進行了升華和改進，源於它而又高於它，所以也可以同步學習。大三、大四的學生還可以進一步將Verilog進行強化，學習北京航天航空大學的夏宇聞教授編寫的《Verilog數字系統設計教程（第二版）》可以比較全面地、詳細地掌握Verilog的基本語法，對大二學習的內容進一步的鞏固和強化。

如果是其他初學者，可以直接藉助《Verilog數字系統設計教程（第二版）》和本書即能對Verilog的語法進行全面的掌握。這是學習FPGA的第一步，也是必不可少的一步。

2． 一個易學易用的硬體平台是成功的一半
除了學習編程語言以外，更重要的是實踐，將自己設計的程序能夠在真正的FPGA里運行起來，這時我們需要一個硬體平台的支持，然後以前的FPGA硬體平台的價格讓很多的初學者望而卻步，上千元的價格並不是一般的初學者（特別是學生）能夠承受的，而且不易學習。針對這樣的現狀，也是為了回饋社會，幫助更多想學FPGA又沒有經濟能力的愛好者，廣州周立功單片機發展有限公司開發了一套低成本的FPGA開發套件，售價僅99元，即使是學生也是完全能夠承受得起，這款開發套件可以說是根本不賺錢，我們不僅要提供硬體電路，我們還得配套提供一系列教程資料。

過去的一年來，我們一共投入了4位開發工程師圍繞EasyFPGA030開展工作，翻譯全部開發工具軟體技術資料，先自己吃透然後再根據自己的理解、實踐和多次討論，將技術資料通俗化，並且錄制了第一個「Actel FPGA快速入門視頻教程」供初學者免費下載，便於初學者快速入門，當第一版做出來銷售1000套之後，才發現初學者的焊接經驗不足，於是又開始設計第二版，這就是目前大家在網站上見到的一體化EasyFPGA030開發學習板。為了能夠帶給大家最准備、最權威的知識，我們還請了國內第一個EDA創始人之一的夏宇聞教授給我們進行Veirlog的培訓，培訓完後我們製作一系列Veirlog視頻教程和PPT供初學者學習，同樣免費提供給大家。同時，我們和夏老師一起共同合作編寫了本書，目的是希望能夠以最快的速度幫助初學者入門，另外我們還有一個30人的團隊全面的提供FPGA的技術支持和售後服務，解決用戶的後顧之憂。

所以通過EasyFPGA030的平台學習，不僅節約了前期學習的成本，而且該套件詳實的資料使得非常的易用易學，對於初學者來說是一個不可多得的FPGA開發平台。

3． 技術進行鞏固和升華
對於初學者來說，有了一定基礎後，應該將其繼續的鞏固和升華，筆者認為競賽是學生進行驗證所學知識很好的舞台，不僅能夠鍛煉學生的動手能力，而且能夠發揮學生的創造力和想像力。

廣州周立功公司已經成功舉辦了兩屆「Actel杯全國大學生FPGA電子競賽」，參加的隊伍分別是100隊和300隊，每支隊伍都將免費獲得價值1480元的一套FPGA開發套件作為競賽的平台，競賽完後該套件無需退回，而且設置了最高5000元的獎金，這種舉措對公司來說只有投入，很難看到產出，但是我們還堅持做了，主要是想給學生提供施展才華的舞台，讓更多的人了解FPGA，學會FPGA，2009年我們又將啟動了第三屆競賽，將隊伍擴大到1000支，給更多的人提供機會，我們的目標就是要將創新教育實踐活動進行到底，培養出一批又一批適合企業發展的人才。

1.4 小結
綜上所述，我們只有了解了什麼是FPGA，為什麼要學習FPGA，怎麼學習FPGA後，我們才能非常有目的、有計劃的去掌握這門技術，我相信通過我們的共同努力，一定能夠培養出一批又一批優秀的FPGA人員。