fpga是用什么编程

飞飞 • 2024年5月9日上午11:01 • 科技 • 阅读 37

fpga是用什么编程

FPGA通常使用硬件描述语言（HDL）、图形化设计工具、以及特定的集成集成开发环境（IDE）进行编程。

硬件描述语言 是专为描述数字电子系统的运行和结构而设计。两种最常用的HDL是 Verilog 和 VHDL。这些语言使设计师能够编写代码，用以定义电路的逻辑运行以及信号之间的关系。通过模拟这些代码，设计者可以在实际编程到FPGA硬件之前验证逻辑功能的正确性。

此外，一些FPGA也支持使用高级编程语言如 C/C++ 来描述硬件功能，透过高层次综合工具（HLS）将其转化为硬件描述语言。

接下来，我们将更详细地探索这些编程语言和工具的使用和它们在FPGA编程中的地位。

一、HARDWARE DESCRIPTION LANGUAGES

FPGA的设计通常开始于硬件描述语言，它们提供了一种精确描述数字电路的方法，无论是复杂的处理器还是简单的逻辑门。Verilog 和 VHDL 是两种主要的HDL，它们被广泛应用在工业和教育领域。使用HDL，设计人员能够以类似编程的方式指定电路的行为和结构。

VHDL，全称为 VHSIC Hardware Description Language（超高速集成电路硬件描述语言），起初是为了模拟电路性能而开发的。它的语法严格，类似于Ada语言，因此它能够很好地描述并定义硬件逻辑。

相对于VHDL，Verilog 的语法更接近传统的C语言，这使得它对初学者而言可能更容易上手。Verilog以其简洁性而闻名，能够用更少的代码完成同样的工作。

除了HDL之外，也有图形化的设计工具可用于FPGA的编程。这类工具如Xilinx的 Vivado Design Suite 和Intel FPGA的 Quartus Prime。它们提供了基于图形的界面，允许设计师通过拖放组件和模块的方式来构建电路。

设计者可以使用块图创建复杂的硬件设计，在这种方式中，每个块表示电路中的一个功能单元。用户可以根据需要将这些块连接起来，形成完整的系统。

类似地，图示输入允许用户通过绘制电路图的方式来定义电路。这可以与块图结合使用，为FPGA设计提供更直观的表现形式。

针对特定的FPGA供应商的IDE集成了各种工具和库，用以简化FPGA的开发过程。这些IDE包括代码编辑器、编译器、调试工具和硬件配置功能。

合成工具是IDE的关键组成部分，它将HDL代码转换为可以在FPGA硬件上实现的电路。

仿真工具使设计师可以在实际部署到硬件之前，验证和测试硬件描述语言代码的正确性。

最近的发展是利用高层次综合（HLS）工具，设计者现在可以使用如 C/C++ 等更高级的编程语言来描述硬件功能。这些工具将高级语言代码转换成HDL，极大地降低了硬件设计的复杂性和开发时间。

这类工具如Xilinx的 Vitis HLS，提供一个平台，以使软件开发人员能够不需要深入了解HDL语言的情况下，编写并优化硬件设计。

HLS的出现使得软硬件设计之间的界限变得模糊，它允许软件工程师更容易地参与到硬件设计中来，从而促进了两个领域的融合。

总结，FPGA编程可以通过多种方式进行，从传统的硬件描述语言到现代的图形化工具和高层次综合。这些方法为FPGA的设计和实施提供了多样化的选项，使得其能够满足不同的功能需求和设计者的技能水平。随着技术的进步，我们也看到了软件和硬件设计的趋同，为FPGA的未来发展提供了新的可能性。