FPGA介绍

2.1 FPGA介绍。

2.1.1FPGA简介

FPGA的英文全称为 Field－ Programmable Gate Array,其英文名称的含义是现场可编程门阵列。它具体指的是通过软件的手段去改变和配置器件内部连接结构和逻辑单元以完成指定设计功能的所有数字集成电路。它的发展经历了PAL，GAL，CPLD和其他可编程器件等历史。它的出现主要是用于专用集成电路领域中的一种特殊定制的电路。它的优点可以分为两部分：一部分是解决了原有的可编程器件的门电路数不足；另一部分是弥补了定制电路的限制性。FPGA是一种采用CMOS，SRAM工艺制造的单元结构的PLD器件，但同时又与与PLD的阵列结构形式不同，它是由多个独立的可以灵活地相互连接可编程逻辑单元组成，同时还具有高密度，高速度，灵活编程，并且可以重新配置等优点，这些优势的集结使得FPGA已成为当前主流的PLD器件之一。

FPGA的主要优点有：

(1)可编程灵活性高;

(2)开发周期短;

(3)并行计算可编程灵活性高。

FPGA与ASIC的电路有所不同，ASIC是属于全定制电路而FPGA则是属于半定制电路。从理论上讲，如果FPGA提供的门电路可以满足，任何ASIC和DSP 的逻辑功能都可以通过编程来实现。此外，编程的内容也是可以根据需求重复进行更改，它不像ASIC设计的编程固化后不能在进行修改。因此，FPGA的应用也更灵活。在实际编程设计上，FPGA具有的可编程性能够使得开发人员使用软件升级包，通过软件升级包在芯片上运行，进行修改芯片原来的程序，从而避免了更换硬件芯片。更方便的是FPGA，也可以通过互联网进行远程升级。FPGA拥有的并行计算效率非常的高效。FPGA采用的是可以一次性执行多条指令的并行计算算法。而一般生活当中应用的ASIC，DSP甚至CPU芯片都采用的是串行计算方式，处理指令的方式只能是单独进行。如果在电路设计当中需要对ASIC和CPU 的运行速度需要加快，一般都是采用增加频率的方式，所以在设计当中ASIC和CPU的电路当中频率一般较高。虽然FPGA的通用频率都普遍较低，但对于一些特殊要求的设计，大量相对较低速的并行单元比一些高效率单元更有效率。而且，从其他方面来看，并没有所谓的“计算”存在于在FPGA芯片内部。处理的到最终结果的方式是和ASIC“电路直给”效果非常相似的，所以大大的提高了执行效率。

在以后的发展当中，如果FPGA价格低廉，它将取代大多数ASIC芯片成为主流。然而，现在由于成本、功耗和编程设计三个方面的制约，FPGA的发展仍旧

不如ASIC芯片。

2.1.2FPGA发展趋势

FPGA在未来的发展当中有如下的发展趋势：

（1）大规模，高集成度。

（2）低电压，低功耗。

（3）高速、预测延时。

（4）PLD器件内部可以增加更多的功能性模块。

（5）模数混合可编程。

2.2 Quartus II软件介绍

2.2.1Quartus II简介

Quartus II软件是来自于Alter Corporation的一款综合性的PLD / FPGA 开发软件，可以支持多种设计输入格式，如原理图，VHDL Verilog HDL和AFDL （Altera硬件描述语言）。内置嵌入式综合器和仿真器。它也支持可以设计一个完整的PLD设计流程，从设计到输入到硬件配置当中去。Quartus II软件运行环境有XP，Linux和Unix等。不但可以完成使用Tcl脚本的设计过程，还可以实现完整的图形用户界面设计。它具有快速运行，功能强大，易于学习和使用等特点。Quartus II同时也支持Altera的IP内核，这其中包括了LPM / MegaFunction宏功能库，因此用户可以充分利用经过验证的模块用于简化设计复杂性并加快设计速度。良好的第三方支持EDA工具，还允许用户在设计过程的不同阶段使用熟悉的第三方EDA工具。另外，通过DSP Builder和Matlab / Simulink的组合，Quartus II可以实现多种DSP应用：支持Altera的片上可编程系统开发，将系统级设计，嵌入式软件开发以及可编程逻辑设计等集合在一起，形成一个全面的开发平台，作为Altera上一代PLD设计软件的Maxplus II由于其卓越的易用性而被广泛使用。目前，Altera已经停止了更新，不在对MaxplusII 进行支持。与Quurrus II相比，Quurrus II对图形界面以及支持类型都有极大的的影响和更改，Quartus II中包括了许多设计辅助工具，例如signalTapII，ChipEdtor和RILViewer等，该软件中还集成SOPC以及HardCopy的设计流程，并保持Maxplus II友好图形界面和易用性，