本资料汇集了针对FPGA工程师职位的常见面试问题及解答，旨在帮助求职者准备和提升在FPGA设计、硬件描述语言应用及相关技术领域的能力。
### FPGA工程师面试题集锦详解
#### 1. 同步电路与异步电路的区别
- **同步电路**：在同步电路设计中，所有的时序组件（如触发器、寄存器等）由同一个时钟信号驱动。这意味着所有状态转换都在时钟信号的特定边缘发生，通常是上升沿或下降沿。这种设计简化了行为分析和预测。常见的同步逻辑元件包括D触发器，在每个时钟周期中将输入数据锁存在输出端。
- **异步电路**：在没有统一时钟信号驱动的情况下，各个组件根据外部事件或者内部状态变化进行动作的电路称为异步电路。由于缺乏固定的时序关系，这种设计更难预测和验证。然而，它适用于需要响应复杂外部条件或追求低功耗的应用场景中。
#### 2. 同步逻辑与异步逻辑
- **同步逻辑**：在同步逻辑电路中，所有操作都以主时钟信号为基准进行。这意味着所有的数据传输、状态更新等都在特定的时钟边缘发生，从而确保了系统的一致性和稳定性。
- **异步逻辑**：相比之下，在异步逻辑设计里，各个组件之间的协调不是通过统一的时钟控制实现的。这种灵活性减少了因时序偏差导致的问题，并且通常具有更低的能量消耗。然而，由于缺乏固定的时钟信号作为参考点，其设计和验证过程更为复杂。
#### 3. “线与”逻辑及其实现
- **线与逻辑**：当两个或多个输出直接连接在一起形成“线与”，如果所有相连的端口都处于低电平状态，则总输出为低；只要有一个高电平信号，最终结果即转为高。为了实现这种效果，可以使用OC（开漏）或者OD门，并在它们的公共引脚上添加一个上拉电阻以保证无输入时的状态。
- **硬件特性要求**：利用线与逻辑设计需要特别注意保护电路免于因电流过大而损坏。因此，在输出端连接适当的上拉或下拉电阻是必要的，以便防止直接短路。
#### 4. Setup和Holdup时间
- **建立时间（Setup Time）**: 建立时间是指数据信号在时钟上升沿之前必须保持稳定的时间长度。
- **保持时间（Hold Time）**：这是指从时钟的上升边缘开始，直到该输入的数据被采样为止这段时间内，数据需要保持不变。
- **重要性**：如果不满足这些条件，可能导致系统无法正确读取信号或进入不稳定状态。这将严重影响电路的功能和可靠性。
#### 5. 数字逻辑中的竞争和冒险
- **竞争**: 在组合逻辑中，由于不同路径导致同一门的输入存在时间差的现象称为竞争。
- **冒险**：由竞争引起的一种现象是输出可能产生短暂且不期望的小脉冲（毛刺）。
- **消除方法**
- 添加冗余项以避免相反信号同时出现
- 使用电容滤除产生的毛刺
- 在适当的时间点加入选通电路确保数据采样
#### 6. 常用逻辑电平及互连问题
- **常用逻辑电平**：例如TTL（晶体管—晶体管逻辑）、CMOS（互补金属氧化物半导体）和LVCMOS等。
- **TTL与CMOS电平直接互连**: TTL与CMOS由于其工作电压范围不同，不能直接连接。为实现两者之间的兼容性，需要使用适当的电平转换器或缓冲电路来确保信号的正确传输。
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