verilog面试宝典[1]-FPGA原理
by yang
最近准备数字IC岗时复习整理的知识点，参考了比较火的fpga面试题，和一些相关知识。主要是写着自己看着方便的，有很多不严谨的地方，有些地方有参考链接，那些博客写的都很好。
Part.1
FPGA原理
1：FPGA和CPLD的区别？
2：FPGA的构成？查找表LUT的原理与结构？
3：FPGA设计流程：★
4：FPGA芯片内存储器资源？
5：FPGA上电配置方式
1：FPGA和CPLD的区别？
FPGA是可编程ASIC。ASIC:专用集成电路，为专门用途定制
| CPLD | FPGA | |
|---|---|---|
| 内部结构 | Product－term 乘积项 | Look－up Table 查找表 |
| 程序存储 | 内部EEPROM | SRAM，外挂EEPROM |
| 资源类型 | 组合电路资源丰富 | 触发器资源丰富 |
| 使用场合 | 算法和组合逻辑 | 时序逻辑 |
| 速度 | 慢 | 快 |
| 其他资源 | - | PLL、RAM和乘法器等 |
| 保密 | 可加密 | 一般不能保密 |
CPLD这种基于乘积项（实际就是与或阵列）的PLD基本都是由EEPROM和Flash工艺制造的，一上电就可以工作，无需其他芯片配合。布线方式是全局的，所以延时可预测。CPLD适合做逻辑设计。而SRAM工艺的FPGA是易失的，因为它们是基于 SRAM 工艺的，掉电丢失配置。
2：FPGA的构成？查找表LUT的原理与结构？
Spartan-6中每个slice包括4个LUT，8个FF，和其他逻辑。具体了解slice结构有助于coding充分利用资源。
基本逻辑单元.png
查找表（look-up-table）简称为LUT，LUT本质上就是一个RAM。如果FPGA中使用4输入的LUT，那每一个LUT可以看成一个有4位地址线的16x1的RAM。这也是为什么FPGA需要外接一个ROM来上电配置。 当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能的结果，并把结果事先写入RAM,这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。
3：FPGA设计流程：★
- 功能定义，器件选型
- 设计输入
- 功能仿真(前仿真) ModelSim
- 综合优化
- 布线
- 时序仿真(后仿真)
4：FPGA芯片内存储器资源？
FPGA芯片内有两种存储器资源：一种叫block ram,另一种是由LUT配置成的内部存储器（也就是分布式ram）。
Block ram由一定数量固定大小的存储块构成的，使用BLOCK RAM资源不占用额外的逻辑资源，并且速度快。但是使用的时候消耗的BLOCK RAM资源是其块大小的整数倍。
- FPGA中可以综合实现为RAM/ROM/CAM的三种资源：block ram ;触发器（FF），查找表（LUT）；
注意事项：
1：在生成RAM等存储单元时，应该首选block ram 资源；其原因有二： 第一：使用block ram等资源，可以节约更多的FF和4-LUT等底层可编程单元。使用block ram可以说是“不用白不用”，是最大程度发挥器件效能，节约成本的一种体现； 第二：block ram是一种可以配置的硬件结构，其可靠性和速度与用LUT和register构建的存储器更有优势。
2：弄清FPGA的硬件结构，合理使用block ram资源；
3：分析block ram容量，高效使用block ram资源；
4：分布式ram资源（distribute ram）
5：FPGA上电配置方式
上电——>清空寄存器——>根据M[1:0]电平设置载入模式——> 配置同步 ——> 启动序列 ——>CRC校验 ——> 载入配置文件 ——> 检测器件ID
-
JTAG 边界扫描模式 4线
JTAG 引脚：测试数据输入（TDI）模式选择（TMS）和测试时钟（TCK），TDO输出。在这种模式下，每个 TCK 载入一个比特的数据。JTAG时钟频率—TCK 最高是 33 MHz。
TMS、TCK 和 TDI 引脚在缺省的情形下都提供了内部的可编程的弱上拉。TDO 是浮空的。 -
从并模式
-
主串模式
Master SerialSPI FLASH -
从串模式 好像区别在于是不是自己的时钟CCLK驱动
PROM配置：bit文件 iMPACT转mcs，写入PROM。
上电里面核心电压VCCINT先启动，然后是IO电压，，载入模式确定之后进行识别和载入配置文件，需要考虑上电时IO电压为弱上拉，要加入上下拉电阻，改变器件加电顺序等来尽量避免或减少FPGA配置时对电路其他器件的影响。载入成功后还会校验。
配置E²prom eletric eraser program
IIC总线，要上拉，上电后写一个数据到 EEPROM 的地址 0, 再读出地址 0 的内容。这里我们写的数据是 0x12, 用户可以自行修改。
