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【FPGA】面试八股

article 2024/10/8 3:14:07

1.FPGA的底层资源有哪些

（1）可编程的逻辑资源
可编程的逻辑单元由查找表（LUT）,数据选择器（MUX）,进位链（Carry Chain）和触发器（Flip-Flop）
（2）可编程的IO资源
支持适配不同的电器标准。
（3）布线资源
包括全局布线资源、长线资源、短线资源、分布式的布线资源；
（4）Block RAM
支持高速、低功耗、大容量、分块存储；
（5）内嵌专用硬核
ARM-Cortex系列
DSP：用于数学运算。

2.时序约束

（1）时钟约束
时钟周期，上升沿时刻，下降沿时刻。（占空比）
（2）输入延迟
数据，相较于时钟出触发沿，延迟到达的时间。
约束：最大值和最小值
确定：通过走线进行计算，或用示波器进行测量；
（3）输出延迟
数据，相较于时钟触发沿，提前到达的时间；
（4）异步约束
单bit数据打两拍跨时钟域处理：
set_false_path:禁止对指定路径进行时序分析；
async_reg:进行约束
异步fifo：
将读写时钟加入异步时钟组；
（5）时钟不确定性约束
时钟抖动：时钟触发沿提前到达、滞后到达；时钟周期发生变化；占空比发生变化；
时钟偏移：时钟通过不同路径到达不同寄存器延迟不同；
时钟不确定性：两者之和
（6）管脚约束
分类：管脚约束、电器属性约束和其他约束
管脚约束：约束管脚编号和端口的对应关系，输入输出方向；
电器属性约束：约束电器属性，采用的工艺、工作电压；
其他约束：管脚的上拉和下拉等。

3.低功耗设计

（1）功耗的分类
静态功耗：FPGA还没有启动前，晶体管泄露的漏电流引起的功耗，维持I/O,时钟管理等引起的功耗；
动态功耗：FPGA还没有启动后，逻辑门开关活动时的功耗；
（2）降低功耗的方法
A体系结构降低功耗
采用区域电压；
动态电压频率调节：保证电路正常工作情况下，尽可能降低时钟频率；
保持寄存器：寄存器工作完成，输出保持不变，而不是清零；
门控电源：芯片区域正常工作时，打开电源；芯片区域不工作时，关闭段元；
提高阈值电压：减少漏电流。
BRTL级
状态编码：采用格雷码，状态翻转减少；
门控时钟：电路区域工作，提供时钟；电路区域不工作，关闭时钟；
模块复用：功能实现相同的电路，进行复用；
逻辑优化：优化算法。
C其他
优化布局布线
优化采用的工艺
行波计数器
禁用逻辑云

4.FPGA资源

（1）项目
LUT: 43万，使用近80%；
FF:86万个，使用近50%
BRAM:1400，用了20%

5.二进制码变为格雷码

//每一位异或其左边那位，最高位不变
在这里插入图片描述

6.FPGA实现频率计

（1）方法分类
周期测量发：先测被测信号的周期，然后根据f=1/T得到；
会存在一个测量时钟周期的误差，适用于被测时钟频率较低；
频率测量法：测量一定时间内的脉冲数，然后计算单位时间内的脉冲数即为频率；
会存在一个被测时钟周期的误差，适用于被测时钟频率较高。
门控测量法：一定被测时钟脉冲周期内，利用被测时钟和基准时钟的对应关系;
等精度测量法：在一定时间门控信号内，利用被测时钟和测量时钟的对应关系进行测量；
（2）实现
门控信号产生；
门控信号的跨时钟域处理；
门控信号的下降沿检测；
统计门控内时钟周期数；
计算最后的结果。

7.竞争冒险

（1）定义
竞争：逻辑电路中，信号由多条路径进行传输的延迟时间不同，到达逻辑汇合点的时间有先有后；
冒险：由于竞争导致输出尖峰脉冲的现象；
（2）如何识别竞争冒险
A 代数法
只有逻辑表达式可以化简为Y=AA’（1型冒险）或者Y=A+A’（0型冒险）的形式；
例子：
Y=AB+A’C,在B=C=1时，逻辑表达式可以化简为Y=A+A’,存在0型冒险；
B 卡诺图法
两个卡诺圈相切，且相切处没有其他卡诺圈包围；
C 计算机辅助法
（3）如何消除竞争冒险
A 加入滤波电容；
B修改逻辑表达式，增加冗余项；
如图所示卡诺图可以化简为Y=B’C’+AC,存在竞争冒险，加入冗余项AB’就可以消除；
在这里插入图片描述
C对组合逻辑进行打拍
由于尖峰脉冲不满足建立保持时间，所以触发器对脉冲信号不敏感；
D使格雷码进行状态编码
相邻两个状态只有一位发生变化，可以有效避免竞争冒险；

8.亚稳态

（1）定义
由于不满足建立、保持时间，导致输出处于未知状态；
（2）产生的场景
跨时钟域数据处理；
异步复位；
（3）解决办法
A 复位信号采用异步复位、同步释放；
B 跨时钟域信号，采用fifo进行缓冲；
C 对异步信号进行同步处理；
D 采用响应更快的触发器；

9.异步复位的removal time和recovery time

（1）定义
removol time：撤销时间，为保证复位信号有效，时钟触发沿到来之后，复位信号必须保持有效的时间；
recovery time：恢复时间，复位信号释放时，在时钟触发沿到来之前，要保持无效状态的时间；
在这里插入图片描述

10.时序路径

(1)电路说明
Device A：是设计电路的上游器件；
Designed Unit：设计电路；
Device B：是设计电路的下游器件；
在这里插入图片描述
（2）时序路径
路径1：dina->FF2:D ，设计的输入端到第一级寄存器数据输入端；
路径2：FF2:cp->FF3:D，设计电路中，时钟输入端到下一级寄存器的数据输入端；
路径3：FF3:cp->douta，设计电路中，最后一级寄存器时钟输入端到设计电路输出端；
路径4：dinb->doutb，设计电路输入端到设计电路输出端，纯组合逻辑电路；