FPGA 基础面试题详解
一、FPGA 基础概念
1. 什么是 FPGA？与 CPLD、ASIC 的核心区别是什么？
答： FPGA（现场可编程门阵列）是一种基于可编程逻辑单元（CLB）、可编程互连资源（PI）、I/O 接口和嵌入式资源（如 DSP、RAM、PLL）的半导体器件。通过硬件描述语言（HDL）编程，可实现任意数字逻辑功能。
核心区别：
- FPGA：基于 SRAM 工艺，可编程性强、灵活性高，可反复擦写。适合快速原型验证和小批量量产，功耗中等，成本随规模上升。
- CPLD：基于 EEPROM/Flash 工艺，集成度低、逻辑资源少，不可反复擦写或次数有限。功耗低、延迟小，适合简单逻辑控制。
- ASIC：专用集成电路，定制化设计，集成度高、功耗低、性能最优，但不可编程。研发周期长、成本高，仅适合大批量量产。
2. FPGA 的基本架构包括哪些部分？各部分的作用是什么？
答： 核心架构通常包含 4 部分，不同厂商（Xilinx、Intel）命名略有差异，但功能一致：
- 可编程逻辑块（CLB）：FPGA 的核心，由查找表（LUT）、触发器（FF）、多路选择器组成，用于实现各种组合逻辑和时序逻辑。
- 可编程互连资源（PI）：包括布线资源、开关矩阵，负责连接各个 CLB、I/O 模块和嵌入式资源，实现信号传输。
- I/O 接口模块（IOB）：位于芯片边缘，负责 FPGA 与外部器件（如 CPU、DDR、ADC/DAC）的信号交互，支持多种电平标准（如 LVCMOS、LVDS、SSTL）。
- 嵌入式资源：集成在内部的辅助资源，包括 PLL（锁相环，用于时钟倍频/分频）、DSP 切片（高速数字信号处理）、Block RAM（大容量存储）。
3. FPGA 的配置方式有哪些？各适合什么场景？
答： 主要分为「主动配置」和「被动配置」两类：
-
主动配置（FPGA 主动读取配置文件）
- 配置芯片（如 SPI Flash）：最常用，上电后自动读取 bitstream，适合量产产品，掉电后信息不丢失。
- 并行配置（Parallel Flash）：速度快，适合对配置时间要求高的场景，但布线复杂、成本略高。
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被动配置（外部控制器主动向 FPGA 写入）
- JTAG 配置：通过 JTAG 接口调试，方便快速下载 bitstream，主要用于开发阶段。
- 串口/USB 配置：由 CPU 或电脑写入，适合调试或远程配置场景。
- Slave Serial 配置：由外部 MCU 控制，适合小型系统、低功耗场景。
4. 什么是 LUT？工作原理及常见类型？
答： LUT（查找表）是实现组合逻辑的核心单元，本质是基于 SRAM 的'真值表缓存器'。输入变量所有可能的组合预先存储在 SRAM 中，信号到来时根据输入值'查找'输出结果。
常见类型：
- 4 输入 LUT：可实现任意 4 变量的组合逻辑（16 种组合）。
- 5 输入 LUT：可实现任意 5 变量的组合逻辑（32 种组合），部分高端 FPGA 采用。
- 6 输入 LUT：Xilinx 7 系列及以上主流配置，灵活性更高，还可拆分为两个 4 输入 LUT 使用。
5. FPGA 中的触发器（FF）有哪些类型？
核心用于实现时序逻辑（存储、同步信号）：
