FPGA原理4-数据类型和运算操作符

一、填空题：1、 FPGA结构一般分为三部分：可编程逻辑块（CLB）、可编程I/O模块和可编程内部连线。

2、 CPLD的内部连线为连续式布线互连结构，任意一对输入、输出端之间的延时是固定；FPGA的内部连线为分段式布线互连结构，各功能单元间的延时不定(不可预测)。

3、大规模可编程器件主要有CPLD和FPGA两类，其中CPLD通过可编程乘积项逻辑实现其逻辑功能。

基于SRAM的FPGA器件，每次上电后必须进行一次配置。

FPGA内部阵列的配置一般采用在电路可重构技术，编程数据保存在静态存储器(SRAM) ，掉电易失。

4、目前世界上有十几家生产CPLD/FPGA的公司，最大的两家是：Altera，Xilinx。

5、硬件描述语言(HDL)是EDA技术的重要组成部分，是电子系统硬件行为描述、结构描述、数据流描述的语言，它的种类很多，如VHDL、Verilog HDL、AHDL6、 WHEN_ELSE条件信号赋值语句和 IF_ELSE顺序语句的异同：* WHEN_ELSE条件信号赋值语句中无标点，只有最后有分号；必须成对出现；是并行语句，必须放在结构体中。

* IF_ELSE顺序语句中有分号；是顺序语句，必须放在进程中7、可编程逻辑器件设计输入有原理图输入、硬件描述语言输入和波形输入三种方式。

原理图输入方式是一种最直接的设计描述方式，波形设计输入适用于时序逻辑和有重复性的逻辑函数。

硬件描述语言的突出优点是：* 语言与工艺的无关性；语言的公开可利用性，便于实现大规模系统的设计；* 具有很强逻辑描述和仿真功能，而且输入效率高，在不同设计输入库之间的转换非常方便，用不着对底层的电路和PLD结构的熟悉。

8、用VHDL/Veilog HDL语言开发可编程逻辑电路的完整流程：文本编辑→功能仿真→逻辑综合→布局布线→时序仿真。

*所谓综合，就是根据设计功能和实现该设计的约束条件(如面积、速度、功耗和成本等)，将设计输入转换成满足要求的电路设计方案，该方案必须同时满足与其的功能和约束条件。

verilogHDL培训教程华为近年来，随着人工智能、物联网和5G等新兴技术的快速发展，数字电路设计和FPGA开发方面的需求也越来越迫切。

而Verilog HDL已成为数字电路设计中最受欢迎和广泛使用的硬件描述语言之一。

因此，华为公司推出了一系列的Verilog HDL培训教程，帮助从业人员快速获得这个技能。

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在理论教学方面，华为Verilog HDL培训教程先后介绍和讲解了Verilog HDL的基础概念、语法、数据类型、运算符、模块等。

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华为Verilog HDL培训教程的课程设置华为Verilog HDL培训教程旨在让学员了解数字电路设计中最常用的硬件描述语言-- Verilog HDL，并在FPGA开发板上完成一些典型实验。

华为Verilog HDL培训教程包含以下章节：第一章：Verilog HDL基础概念在本章中，学生将学习Verilog HDL的起源、产生背景、基本概念、Verilog HDL的体系结构、Verilog HDL模块体系结构等知识。

vivado 算术运算符Vivado 是一款由Xilinx 公司开发的面向FPGA 设计的综合工具。

在FPGA 设计中，算术运算符是非常重要且常用的工具，用于执行各种数学运算。

本文将详细介绍Vivado 中的算术运算符及其使用方法。

第一部分：算术运算符的基础知识（300字）算术运算符是计算机编程中常见的工具，用于执行基本的数学运算，如加减乘除等。

在Vivado 中，算术运算符用于在FPGA 设计中实现这些计算。

常见的算术运算符有加法运算符（+）、减法运算符（-）、乘法运算符（*）和除法运算符（/），还有求余运算符（）等。

第二部分：Vivado 中的算术运算符类型（400字）Vivado 中的算术运算符可以分为两类：整数运算符和浮点数运算符。

1. 整数运算符：整数运算符用于对整型数据进行数学运算。

常见的整数运算符有加法运算符（+）、减法运算符（-）、乘法运算符（*）、除法运算符（/）和求余运算符（）。

这些运算符可以用于对整型数据进行各种数学运算，如整数加法、减法、乘法、除法以及取余等。

2. 浮点数运算符：浮点数运算符用于对浮点型数据进行数学运算。

在Vivado 中，浮点数运算符包括加法运算符（+）、减法运算符（-）、乘法运算符（*）和除法运算符（/）。

这些运算符可以用于对浮点型数据进行各种数学运算，如浮点数加法、减法、乘法和除法。

第三部分：Vivado 中算术运算符的使用（800字）在Vivado 中，使用算术运算符进行数学运算非常简单。

首先，我们需要创建一个设计文件，将算术运算符应用到所需的模块中。

例如，我们希望实现一个整型加法计算器。

首先，我们需要在Vivado 中创建一个新的RTL（寄存器传输级）工程。

然后，我们可以选择创建一个新的RTL 模块，并在模块中定义输入和输出端口。

在定义输入和输出端口后，我们可以在模块中使用Vivado 的算术运算符来实现整型加法。

为了实现整型加法运算，我们可以使用加法运算符（+）。

fpga的数据类型FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它可以通过编程实现不同的功能和数据处理。

在FPGA中，存在不同的数据类型用于存储和处理不同类型的数据。

下面将详细介绍常见的FPGA数据类型。

1.布尔类型（Boolean Type）：布尔类型数据只能有两个取值，即真（True）和假（False）。

在FPGA中，布尔类型主要用于逻辑运算和条件判断等场景。

2.整数类型（Integer Type）：整数类型包括有符号整数和无符号整数。

有符号整数可以表示正数、负数和零，而无符号整数只能表示正数和零。

在FPGA中，整数类型用于存储和处理整数数据，一般具有不同的位宽，如8位、16位、32位等。

3.浮点类型（Floating-Point Type）：浮点类型用于存储和处理浮点数，即带有小数部分的数值。

在FPGA中，浮点类型一般采用IEEE 754标准，可以表示单精度浮点数（32位）和双精度浮点数（64位）等。

4.定点类型（Fixed-Point Type）：定点类型是一种用于表示带有固定小数点位的数值的数据类型。

与浮点类型相比，定点类型在存储和计算时更为高效，但精度相对较低。

定点类型主要用于在FPGA中实现小数部分的运算。

5.字符类型（Character Type）：字符类型用于存储和处理字符数据，如字母、数字、标点符号等。

在FPGA中，字符类型一般采用ASCII编码或Unicode编码来表示不同的字符。

6.向量类型（Vector Type）：向量类型是一种由多个数据元素组成的数据类型。

在FPGA中，向量类型可以用于存储和处理多个数据，例如像素数据、向量运算等。

7.数组类型（Array Type）：数组类型是一种由多个相同类型的数据元素组成的数据结构。

在FPGA中，数组类型可以用于存储和处理多个数据，例如图像数据、信号处理等。

8.枚举类型（Enumeration Type）：枚举类型用于将一组具有相同属性的值定义为一个集合。

FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种集成电路芯片，它的主要特点是可以根据需要进行编程，实现不同类型的数字逻辑电路。

在FPGA中，基本逻辑单元是实现数字逻辑功能的最基本单元，在本文中，我们将重点讨论FPGA中的四输入和六输入基本逻辑单元。

1. 四输入基本逻辑单元四输入基本逻辑单元是FPGA中常见的基本单元之一，它可以实现包括与门、或门、异或门等常见的逻辑功能。

在FPGA中，四输入基本逻辑单元通常由LUT（Look-Up Table）实现，LUT是FPGA中用来存储逻辑函数的重要组成部分。

四输入基本逻辑单元的实现通常需要使用两个LUT，其中一个LUT用于实现逻辑功能，另一个LUT用于存储逻辑函数的输出。

2. 六输入基本逻辑单元六输入基本逻辑单元是FPGA中较为复杂的基本单元之一，它可以实现更复杂的逻辑功能，例如多输入的多种逻辑门和特定的逻辑函数。

与四输入基本逻辑单元类似，六输入基本逻辑单元也是由LUT实现的，通常需要使用更多的LUT来存储和实现逻辑函数。

由于六输入基本逻辑单元的复杂性，它在FPGA中的应用相对较少，但在某些需要实现复杂逻辑功能的场景下仍然起着重要作用。

3. 基本逻辑单元的应用基本逻辑单元是FPGA中实现数字逻辑功能的基础，它们可以通过不同的连接和编程方式实现各种复杂的逻辑功能。

在实际应用中，工程师们可以通过合理地设计和编程基本逻辑单元，实现各种数字电路的功能，如算术运算、状态机、数据处理等。

基本逻辑单元的灵活性和可编程性使得FPGA在数字系统设计和数字信号处理领域具有广泛的应用前景。

4. 基本逻辑单元的优化针对FPGA中的基本逻辑单元，工程师们一直在进行各种优化和改进，旨在提高逻辑单元的性能、降低功耗和减小面积。

一种常见的优化方式是通过更高级别的综合和布局工具来改进逻辑单元的性能。

另外，还有一些专门针对逻辑单元的优化技术，例如逻辑混合、时序优化等。

fpga 常用符号在FPGA设计中，符号（Symbol）是一种表示硬件元件的方式，它们通常用于描述模块、信号、数据类型等。

以下是一些FPGA设计中常用的符号：1. 数据类型符号：-无符号数（Unsigned）：用于表示非负整数，如wire unsigned [3:0] my_data。

-有符号数（Signed）：用于表示整数，包括正数和负数，如reg signed [3:0] my_data。

2. 逻辑运算符号：-与（&）：用于实现位与运算。

-或（|）：用于实现位或运算。

-异或（^）：用于实现位异或运算。

-非（~）：用于取反运算。

3. 位移运算符号：-左移（<<）：将数据向左移动指定的位数。

-右移（>>）：将数据向右移动指定的位数。

4. 拼接符号：-竖线（|）：用于拼接两个或多个信号。

5. 逻辑门符号：-与门（&）：输入信号与输入信号进行与运算。

-或门（|）：输入信号或输入信号进行或运算。

-非门（~）：输入信号取反得到输出信号。

6. 存储器符号：-寄存器（Reg）：用于存储一个值，如reg [3:0] my_reg。

-内存（Memory）：用于存储多个值，如memory [15:0] my_memory。

7. 循环结构符号：- for循环：用于实现固定次数的循环。

- while循环：用于实现条件满足时的循环。

8. 函数调用符号：-调用函数：使用函数名后跟括号，如my_function(param1, param2)。

9. 模块调用符号：-调用模块：使用模块名后跟括号，如my_module(param1, param2)。

这些符号在FPGA设计中广泛使用，帮助设计师实现各种逻辑功能。

在实际设计中，还需要根据具体需求使用相应的Verilog或VHDL语言编写代码。

fpga的定点数运算
FPGA（现场可编程门阵列）是一种可编程逻辑器件，可以实现
定点数运算。

定点数是一种表示数字的方法，它将小数点固定在一
个位置上，而不像浮点数那样可以在数字中移动。

在FPGA中进行定
点数运算时，需要考虑以下几个方面：
1. 数据表示，在FPGA中，定点数通常以二进制补码形式表示。

这意味着需要考虑数据的位宽以及符号位的处理。

通常会使用固定
的位宽来表示整数部分和小数部分。

2. 运算操作，FPGA可以实现定点数的加法、减法、乘法和除
法运算。

这些运算需要考虑数据溢出、舍入误差以及运算结果的精度。

3. 优化和效率，在FPGA中实现定点数运算时，需要考虑如何
优化电路以提高性能和效率。

这可能涉及到使用硬件乘法器、累加
器以及适当的逻辑优化来减少延迟和资源占用。

4. 精度和范围，定点数的表示范围和精度取决于所选择的位宽
和小数点位置。

在进行定点数运算时，需要确保所选择的表示方式
能够满足所需的精度和范围要求。

5. 软件支持，FPGA开发工具通常提供了对定点数运算的支持，包括数学函数库和仿真工具，可以帮助开发人员进行定点数运算的
验证和调试。

总的来说，FPGA的定点数运算涉及到数据表示、运算操作、优
化和效率、精度和范围以及软件支持等多个方面，开发人员需要综
合考虑这些因素来实现高性能和可靠的定点数运算电路。

FPGA-数据类型-integer今天看代码时遇到了integer，只知道这是个整数类型，可详细的内容却⼀窍不通，查看了资料---《verilog数字VLSI设计教程》。

其中是这么写到的：⼤多数的⽮量类型（reg或者net）都被默认当做⽆符号数。

integer和real是个例外，它们被默认为当做有符号数。

通常，real类型是不可综合的。

假设在没有溢出的情况下，不管是⽆符号数还是有符号数，它们都是⼆进制的⼀串数值⽽已；⽽当这个值被当做某种类型⽐较时：⼜符号数的MSB被⽤来表⽰这个数字的符号，⽽⽆符号数的MSB则是位权最⾼的那⼀位。

⽆论采⽤什么样的⼆进制格式，⼀个⽆符号数永远也不能成为负值。

下⾯是⼀个和符号位有关的例⼦：12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12reg[31:0] A;integer I;...A=-1;I=-1;//both A and I hold 32'hffffffff//if(I>32'h0)$display("I is positive.")else$display("I is not positive");//Prints "I is not positive" if(A>32'h0)$display("A is positive");//Prints "A is positive"else$display("I is not positive");我⽤类似的⽅式在quartus II 中进⾏了仿真，但得到的结果都是A，这可以看出Q2在⽐较过程中将integer简单得看为⽆符号的数据，并没有像代码中所说的结果⼀样。

但感觉书本中写的其实挺有道理的，难道是软件的不同，所以得到的结果不同？？先抛出这个问题吧，有机会下次再去验证⼀下。