FPGA基础知识问答500问连载 （二）

Q16：FPGA设计中对时钟的使用？（例如分频等）

FPGA芯片有固定的时钟路由，这些路由能有减少时钟抖动和偏差。需要对时钟进行相位移动或变频的时候，一般不允许对时钟进行逻辑操作，这样不仅会增加时钟的偏差和抖动，还会使时钟带上毛刺。一般的处理方法是采用FPGA芯片自带的时钟管理器如PLL,DLL或DCM，或者把逻辑转换到触发器的D输入（这些也是对时钟逻辑操作的替代方案）。

Q17：FPGA设计中如何实现同步时序电路的延时？

首先说说异步电路的延时实现：异步电路一半是通过加buffer、两级与非门等（我还没用过所以也不是很清楚），但这是不适合同步电路实现延时的。在同步电路中，对于比较大的和特殊要求的延时，一半通过高速时钟产生计数器，通过计数器来控制延时；对于比较小的延时，可以通过触发器打一拍，不过这样只能延迟一个时钟周期。

Q18：FPGA中可以综合实现为RAM/ROM/CAM的三种资源及其注意事项？

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）

Q19：Xilinx中与全局时钟资源和DLL相关的硬件原语：

常用的与全局时钟资源相关的Xilinx器件原语包括：IBUFG,IBUFGDS,BUFG,BUFGP,BUFGCE,BUFGMUX,BUFGDLL,DCM等。关于各个器件原语的解释可以参考《FPGA设计指导准则》p50部分。

Q20：HDL语言的层次概念？

HDL语言是分层次的、类型的，最常用的层次概念有系统与标准级、功能模块级，行为级，寄存器传输级和门级。

Q21：查找表的原理与结构？

查找表（look-up-table）简称为LUT，LUT本质上就是一个RAM。目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成一个有4位地址线的16x1的RAM。 当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，PLD/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

Q22：ic设计前端到后端的流程和eda工具？

设计前端也称逻辑设计，后端设计也称物理设计，两者并没有严格的界限，一般涉及到与工艺有关的设计就是后端设计。

1：规格制定：客户向芯片设计公司提出设计要求。

2：详细设计：芯片设计公司（Fabless）根据客户提出的规格要求，拿出设计解决方案和具体实现架构，划分模块功能。目前架构的验证一般基于systemC语言，对价后模型的仿真可以使用systemC的仿真工具。例如：CoCentric和Visual Elite等。

3：HDL编码：设计输入工具：ultra ，visual VHDL等

4：仿真验证：modelsim

5：逻辑综合：synplify

6：静态时序分析：synopsys的Prime Time

7：形式验证：Synopsys的Formality.

Q23：寄生效应在ic设计中怎样加以克服和利用（这是我的理解，ic设计过程中将寄生效应的怎样反馈影响设计师的设计方案）？

IC中各元件均制作于同一衬底，注定了元件与元件之间，元件与衬底之间存在寄生效应。某些寄生效应是分立电路所没有的，因此研究IC就必须了解这些寄生效应，产生寄生效应的原因减弱或消除寄生效应的方法，避免影响电路的性能，在可能的情况下，可以利用某些寄生效应构成电路所需的元件，简化设计线路。

比如采用的措施有：
增加n+埋层
①加大了寄生PNP晶体管的基区宽度
②形成了寄生PNP晶体管基区减速场

Q24：用filp-flop和logic-gate设计一个1位加法器，输入carryin和current-stage，输出

carryout和next-stage？

process(sig_intel)

begin

case sig_intel is

when "000" => carryout <= '0';

next_state <= '0';

when "001" => carryout <= '1';

next_state <= '0';

when "010" => carryout <= '1';

next_state <= '0';

when "011" => carryout <= '0';

next_state <= '1';

when "100" => carryout <= '1';

next_state <= '0';

when "101" => carryout <= '0';

next_state <= '1';

when "110" => carryout <= '0';

next_state <= '1';

when "111" => carryout <= '1';

next_state <= '1';

when others => carryout <= 'X';

next_state <= 'X';

end case;

end process;