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FPGA设计与计算能力解析

时间:2025-10-26      来源:FPGA_UCY 关于我们 0

FPGA设计这么久,每次给别人介绍的时候,总是感觉讲的不够深刻,惭愧惭愧惭愧。

这次,我就FPGA的硬件属性来展开,简单写写,与大家分享。

我的许多朋友都是经验丰富的算法工程师、嵌入式工程师,但他们都是数学、MCU背景,对数学公式和嵌入式了解的比较多,因此对于FPGA是什么以及FPGA能做什么只有一个模糊的概念。每次我说你的算法设计的好,我FPGA就能给你高效的实现,他们总是不信,你怎么就能高效了,为什么高效,你还能比现在的人工智能芯片厉害?留给了我一堆巴拉巴拉解释,我们总是喜欢刨根问底,如果问急了,他们会说“你可以通过配置FPGA让它做不同的事情”诸如此类的话,但他们真的不是很清楚FPGA里面有什么,或者如何在设计中使用FPGA这一高级产品。

事实上,MCU对有些任务来说是很适合的,但对某些控制与复杂计算来说可能做的并不是特别好。举例来说,当需要并行执行大量计算任务时,FPGA可能会让你喜出望外。

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FPGA的基本结构有:

LUT(Look-Up-Table):查找表,用于逻辑操作;通常输入n个LUT,需要2n个存储单元,常见的为4输入查找表结构。LUT可以用来计算但也可以当做存储器来用。

FF(Flip Flop) :触发器,存储LUT操作的结果,包含时钟控制等,可以控制输出数据时钟周期。

wire:总线连接

I/O:数据通过I/O将FPGA与其他设备通信

DSP:算法计算逻辑单元,由加法器和乘法器构成。

BRAM:将双端口的RAM配置到FPGA用于提供片上存储较大的数据(LUT也可以片上存储),允许同一个时钟周期访问不同的RAM位置。

在进行一点补充LATCH、DFF的介绍:

LATCH :就是锁存器。由电平触发,非同步控制。在使能信号有效时latch相当于通路,在使能信号无效时latch保持输出状态。

LUT与LATCH 共同点是:均属于组合逻辑。

不同点是:LUT是FPGA最小单元的组成结构,而LATCH不是


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