分类目录归档：繁杂的知识

读书-FPGA相关（一）

边学便摘录，做个补充。以《Xilinx FPGA数字信号处理设计》，《扩频通信系统的FPGA设计》两本书为基础，在翻看时，遇到有趣的名词，加以网络搜索，以图深入了解与掌握。

1.功率谱密度

https://blog.csdn.net/yu1581274988/article/details/116903966

2.FPGA-相同电路，不同的逻辑功能

根据数字电路的知识，对于一个n输入的逻辑运算，不管是与或非运算还是异或运算等，最多只可能存在种结果。所以如果实现将相应的结果存放在一个存储单元，就相当于实现了与非门电路的功能。FPGA即通过烧写文件去配置查找表内容，从而在相同的电路情况下实现不同的逻辑功能。

3.FPGA最小系统电路

1.项目例子：https://darwinlearns.com/productinfo/1461705.html

2.介绍：FPGA最小系统是可以使FPGA正常工作的最简单的系统。它的外围电路尽量最少，只包括FPGA必要的控制电路。一般所说的FPGA的最小系统主要包括FPGA芯片、下载电路、外部时钟、复位电路和电源。如果需要使用SOPC软嵌入式处理器还要包括SDRAM和Flash。一般以上这些组件是FPGA最小系统的组成部分。

https://blog.csdn.net/weixin_39998795/article/details/110658121

4.普通的HDL和行为HDL

HDL语言输入法，利用文本描述设计，可以分为普通HDL和行为HDL。普通HDL有ABEL、CUR等，支持逻辑方程、真值表和状态机等表达方式，主要用于简单的小型设计。而在大中型工程中，主要使用行为HDL，其主流语言是Verilog HDL和VHDL。这两种语言都是IEEE标准，其共同的突出特点是：语言同芯片工艺无关，利于自顶向下设计，便于模块的划分与移植，可移植性好（相较于原理图输入方式，更加易于维护），具有很强的逻辑描述和仿真功能，且输入效率高。

2.HDL的三种描述方式：https://blog.csdn.net/Reborn_Lee/article/details/104322281

5.单片机配置FPGA

在FPGA中，为达到设计的保密性和可升级性，利用FPGA的配置功能，可以实现硬件逻辑关系的改变，而不需要改变印制电路板的结构。

采用单片机，作为配置指令的输入（配置数据仍存在FPGA中），或作为配置指令及配置数据的输入，可以灵活实现"多任务电路结构重配置"技术，将不同设计的功能导入FPGA；此外，单片机若采用无线模块，可以实现FPGA系统的无线升级。

FPGA和单片机的结合，似在实际中有着一定的用途。

6.数据采集

数据采集在工业测控给领域有广泛应用，在传统的数据采集系统设计中，通常采用单片机或DSP作为主控制器来控制ADC、存储器及其他相关的外围电路来工作。

但是这些设计中存在一些不足，单片机的时钟频率较低且通过软件编程，难以实现高速、高性能、多通道数据采集系统;DSP虽然速度块，然其更加擅长复杂的数学运算，对数采系统的简单高速读写操作来说，是一种资源的浪费。

FPGA体积小，功耗低，时钟频率高，内部延迟小，全部控制逻辑由硬件完成，另外配置程序灵活；利用硬件描述语言也可实现程序的并行执行，适合于数据采集。

7.状态机

状态机是FPGA内部的指挥单元，它按照固定的节拍往复的运行（有限状态机）。

0.为什么使用状态机：

  1. 高效的顺序控制模型；
  2. 容易利用现成的EDA工具进行优化设计；
  3. 性能稳定，状态机容易构成性能良好的同步时序逻辑模块，这对于解决大规模逻辑电路设计中的竞争和冒险现象大有益处。与其他方案相比，在消除电路的毛刺现象、强化系统稳定性方面，FSM使设计者拥有更多的解决方法；
  4. 高速性能，在高速通信和高速控制方面，状态机更具有巨大优势；在顺序控制方面，一个状态机的功能更类似于CPU；
  5. 高可靠性。状态机由纯硬件电路构成，运行不依赖软件指令的逐条执行，因此不存在CPU运行软件过程中许多固有缺陷；在状态机的设计中能够使用各种容错技术；当状态机进入非法状态并从中挑出进入正常状态所需时间十分短暂，通常只需要2-3个时钟既数十纳秒，对系统不会构成较大的危害。

链接：https://juejin.cn/post/6963615110468370468

1.概念：
https://blog.csdn.net/weixin_46188211/article/details/122792460

2.概念+相关说明：
https://www.cnblogs.com/wanghuaijun/p/8284697.html

  • 一般的状态机是使用Always语句和case语句组合来实现的
  • 不可以根据Always快的个数来判断他是属于几段的状态机
  • 一般情况下不建议使用一段式状态机，建议使用二和三段式状态机，二段式状态机使用时序逻辑处理状态变化，组合逻辑处理输入输出的变化，结构比较清晰，但容易产生毛刺
  • 三段式从输入到输出会比一、两段式状态机延时一个时钟周期

8.一种完整的数字信号处理FPGA设计过程：
先采用MATLAB对需要设计的工程进行仿真，一方面可以仿真算法过程及结果，另一方面还可以生成FPGA测试仿真所需的测试数据；之后在FPGA开发工具中编写Verilog HDL程序，对实例进行设计实现；接着编写测试激励文件，采用modelsim软件对Verilog HDL程序进行仿真，查看Modelsim仿真波形，验证程序功能的正确性；最后完成FPGA程序的综合及布线，将程序下载到开发板来验证FPGA设计的正确性。

验证工程实例程序是否正确，最直观的方式是使用示波器，观察信号处理前后波形的变化是否满足要求。
当缺少示波器，FPGA开发工具所提供的逻辑分析仪软件配合板测程序也是一个解决方法。
ILA(Integrated Logic Analyzer)，集成逻辑分析仪，允许用户在FPGA设备上执行系统内的调试。作为一名FPGA工程师，掌握在线调试工具进行时序分析是必备的职业技能之一。ILA通过一个或者多个探针（Probe）来实时抓取FPGA内部数字信号的波形，分析逻辑错误的原因，帮助debug。
Eg.Vivado使用篇之ILA（逻辑分析仪）：https://blog.csdn.net/m0_53606280/article/details/123600212