FPGA面试中的笔试题目

简介：
本文档汇集了FPGA工程师面试中常见的笔试题型和例题，旨在帮助读者全面掌握相关知识与技巧。 ### FPGA面试笔试题知识点解析 #### 一、CPLD与FPGA的区别 - **CPLD**（Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件）： - 结构上通常采用查找表（LUT）较少，更多地依赖于与或阵列结构。 - 可编程性较弱，一般通过专用的编程设备进行编程。 - 适用于中小规模的逻辑设计，具有较高的集成度和较快的速度。 - 功耗相对较低。 - **FPGA**（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）： - 结构上主要基于查找表（LUT），灵活性高。 - 可编程性强，可以通过配置文件在系统运行过程中重新配置。 - 适用于大规模的逻辑设计，具有高度的灵活性和可扩展性。 - 功耗较高，但提供了更多的功能性和性能优势。 #### 二、基本概念与技术 - **Setup时间和Holdup时间**： - **Setup时间**：触发器时钟信号上升沿到来之前，数据必须稳定的最小时间间隔。 - **Holdup时间**：时钟信号上升沿之后，数据必须维持不变的最小时间间隔。 - **竞争和冒险现象**： - **竞争**：指在电路中两个或多个信号以不同的路径到达同一节点，并且这些信号在传播过程中可能存在时间差异。 - **冒险**：由于信号之间的竞争导致输出结果不确定的现象。 - 通过观察电路的真值表或卡诺图，寻找冲突的状态来判断这种情况。 - 引入反馈环路、使用选通逻辑或增加冗余门等方法可以消除这种现象。 - **“线与”逻辑**： - 指两个或多个信号直接连接在一起实现与运算的功能。 - 需要使用开集输出（Open Collector, OC）或三态输出（Three-State）逻辑门，并且在输出端连接上拉电阻来满足硬件特性要求。 - **同步逻辑和异步逻辑**： - **同步逻辑**：所有操作都在时钟边缘处发生，由时钟信号同步。 - **异步逻辑**：不受单一时钟信号控制，各部分可能独立工作。 #### 三、逻辑电路设计与实现 - **D触发器实现2倍分频**： - 将D触发器的输出连接到其输入端可以构建一个简单的2倍分频电路。 - 其原理在于利用触发器在每个时钟周期改变一次状态，从而实现频率减半的效果。 - **常用逻辑电平**： - **TTL（Transistor-Transistor Logic）**：典型工作电压为+5V。 - **CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）**：工作电压范围宽广，通常为2.5V至5.5V。 - 在不同电源电压下需要考虑电平转换才能直接连接TTL与CMOS逻辑。 #### 四、可编程逻辑器件 - **类型包括**： - CPLD（复杂可编程逻辑器件）、FPGA（现场可编程门阵列）、PROM（Programmable Read-Only Memory，只读存储器）和PAL（Programmable Array Logic，可编程数组逻辑）等。 - **VHDL和Verilog描述8位D触发器**： - 使用硬件描述语言编写代码来定义输入输出信号，并实现基本的D触发器功能。 #### 五、电子电路设计方案设计 - **EDA软件设计流程**： - 利用EDA工具（如Protel）进行原理图设计。 - PCB布局布线设计。 - 仿真验证。 - 生产制造文件输出。 - 在原理图阶段，注意元器件的选择和信号完整性分析；在PCB设计时关注布线规则、信号完整性和电磁兼容性；在仿真阶段确保电路功能正确无误，并且生产前检查所有文档的一致性和准确性。 #### 六、其他相关知识点 - **解决亚稳态**：通过使用同步器或锁存器来消除亚稳态的影响。 - **FIFO控制器**：利用Verilog或VHDL语言实现先进先出的数据存储结构。 - **检测特定字符串**：设计状态机或其他逻辑结构来识别数据流中的特定模式。 - **DSP与通用处理器的区别**： - DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）专为信号处理优化，具有高速乘法累加指令。 - 通用处理器更适合执行复杂的控制程序。 - **循环寻址和位反序寻址**：用于提高FFT等算法的计算效率的技术。 以上知识点涵盖了从基础概念到高级设计的应用，对于准备FPGA面试的人来说是非常重要的参考资料。