【黑金云课堂笔记】第一~二期FPGA知识点总结

知识卡片一：

【FPGA 基础篇】开启硬件编程之门

FPGA 的本质： FPGA（现场可编程门阵列）并非在运行软件程序，而是在构建电路本身。用户可以通过 Verilog/VHDL 等硬件描述语言，在芯片出厂后随时重新配置其内部逻辑。

FPGA 的优势： FPGA 最主要的优势在于可重构和低延迟。与 CPU 的顺序执行不同，FPGA 是真正的硬件级并行架构，实现纳秒级响应和确定性的时延表现。

FPGA 基本结构： FPGA 由 CLB 逻辑单元（包含 LUT 查找表与触发器）、可编程互连布线、I/O 及配置存储组成。

FPGA 核心资源：

CLB（逻辑单元）： 由 LUT（查找表）和触发器组成，是实现复杂逻辑的基础。

硬核资源： 包含用于高速缓存的 Block RAM、进行高性能运算的 DSP 单元、以及管理时钟的 PLL/MMCM、高速 Serdes 串行解串器。

*硬核资源的存在，使现代 FPGA 从"可编程逻辑"转变为"可重构计算平台"

SoC FPGA:

SoC FPGA 指 FPGA+ARM 处理器 的软硬件协同架构。ARM 处理器运行Linux/RTOS，负责管理控制、协议栈、用户界面，FPGA 负责高速数据处理，实现硬件加速、实时控制。SoC FPGA在嵌入式系统中非常常见，是FPGA发展的重要里程碑。

当前 FPGA 技术趋势

当前高端 FPGA 配备超高速接口(SerDes/光收发器等)、HBM存储、AI加速功能，已广泛应用于数据中心和 AI 推理，其角色发生了根本性转变。

FPGA 国内外厂商

国外巨头： AMD Xilinx（行业开创者，生态最完善）；Intel FPGA（原 Altera，深度整合数据中心生态）；Lattice（低功耗专家）及 Microchip（航天级领导者）

国产力量： 紫光同创（Titan 系列）、安路科技（Phoenix 系列）、高云、复旦微等

国产特点： 政策驱动国产化替代，具备显著的价格竞争力（低 30%-50%）及本地化中文支持

AMD 产品系列：

纯逻辑板卡

Artix-7：低成本，低功耗

Kintex-7：性价比最优

Virtex-7：高端旗舰

Kintex ultrascale

Kintex ultrascale+

Virtex ultrascale+

Zynq 系列(SoC FPGA)

Zynq-7000(双核ARM Cortex-A9)

Zynq UltraScale+(四核A53+双核R5)

Zynq RFSoC(集成RF数据转换器)

AMD 开发工具：

Vivado： 负责硬件综合、布局布线及调试的专业级 IDE

Vitis： 统一的软件开发平台，支持更高级别的软件编程与 AI 推理加速

IP Integrator： 通过图形化界面快速集成官方与第三方 IP 核

FPGA 典型应用：

通信/工业/医疗

雷达与航空航天

AI 加速/数据中心

FPGA 开发"五步走"：

功能设计 → HDL 编码 → 仿真验证→ 综合与实现 → 下载配置

SoC FPGA:

SoC FPGA 指 FPGA+ARM 处理器 的软硬件协同架构。ARM 处理器运行Linux/RTOS，负责管理控制、协议栈、用户界面，FPGA 负责高速数据处理，实现硬件加速、实时控制。SoC FPGA在嵌入式系统中非常常见，是FPGA发展的重要里程碑。

当前 FPGA 技术趋势

当前高端 FPGA 配备超高速接口(SerDes/光收发器等)、HBM存储、AI加速功能，已广泛应用于数据中心和 AI 推理，其角色发生了根本性转变。

知识卡片二：

【ZYNQ 架构篇】双剑合璧的异构计算

什么是 Zynq： 它将 PS（处理系统，通常是 ARM 处理器）与 PL（可编程逻辑，即 FPGA 部分）集成在单颗芯片上

ZYNQ 7000： 搭载双核 ARM Cortex-A9

ZYNQ UltraScale+ MPSoC： 升级为多处理器架构，拥有负责应用的 APU（四核 A53）、负责实时控制的 RPU（双核 R5F）以及 GPU 和视频编解码单元

ABMA总线： ZYNQ内部通信采用的是ABMA 总线架构，这是 ARM 定义的一套标准总线协议。支持多个Master(主设备)和多个Slave(从设备)，支持并行访问。

电源域(Power Domain)：Zynq MPSoC被划分为电源域：

LPD(低功耗域)

FPD(高性能域)

PL(FPGA逻辑)

BPD(电池域)

*不同模块可以独立供电/关闭，更加节能，可靠性更高，支持不同运行模式

PS时钟系统： Zynq 内部有多个 PLL

LPD相关:

IOPLL→ 外设（UART / SPI）

RPLL → RPU

FPD相关:

APLL → APU（CPU）

DPLL → DDR

VPLL → 视频接口

*不同模块有独立时钟，可以独立调频，优化性能/功耗

PS-PL交互：

PL 访问 PS: S_AXI_HP0_FPD
*常用于图像处理/数据采集/AI加速

PS 访问 PL: M_AXI_HPMx_FPD

*常用于控制寄存器/配置IP

低功耗路径

S_AXI_LPD

M_AXI_HPM0_LPD