易盛fpga筆試題及答案總結(jié)姓名：____________________

一、選擇題（每題[5]分，共[20]分）

1.FPGA是以下哪種類型的數(shù)字電路？

A.專用集成電路（ASIC）

B.可編程邏輯門陣列（PLD）

C.通用集成電路（IC）

D.集成電路芯片（IC）

2.以下哪個(gè)不是FPGA的主要特點(diǎn)？

A.可編程性

B.高速性

C.大規(guī)模

D.低功耗

3.FPGA的配置數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在以下哪種類型的存儲(chǔ)器中？

A.RAM

B.ROM

C.EEPROM

D.Flash

4.以下哪個(gè)不是FPGA設(shè)計(jì)流程的步驟？

A.設(shè)計(jì)輸入

B.設(shè)計(jì)仿真

C.設(shè)計(jì)布局

D.設(shè)計(jì)封裝

5.以下哪個(gè)不是FPGA的一種常用編程語(yǔ)言？

A.VHDL

B.Verilog

C.C

D.Java

二、填空題（每題[5]分，共[20]分）

1.FPGA的全稱是____________________。

2.FPGA的基本組成單元是____________________。

3.FPGA的配置數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在____________________。

4.FPGA設(shè)計(jì)流程中，設(shè)計(jì)仿真主要是為了____________________。

5.VHDL和Verilog是兩種常用的FPGA____________________。

三、簡(jiǎn)答題（每題[10]分，共[30]分）

1.簡(jiǎn)述FPGA與ASIC的區(qū)別。

2.簡(jiǎn)述FPGA設(shè)計(jì)流程的主要步驟。

3.簡(jiǎn)述VHDL和Verilog兩種編程語(yǔ)言的主要特點(diǎn)。

四、編程題（每題[20]分，共[40]分）

1.使用Verilog語(yǔ)言編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的4位加法器，要求能夠處理無(wú)符號(hào)數(shù)，并輸出結(jié)果。

2.使用VHDL語(yǔ)言編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的二進(jìn)制到BCD（十進(jìn)制）轉(zhuǎn)換器，輸入為8位二進(jìn)制數(shù)，輸出為4位BCD碼。

五、論述題（每題[20]分，共[40]分）

1.論述FPGA在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2.論述FPGA在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用及其重要性。

六、綜合題（每題[20]分，共[40]分）

1.設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），要求能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

-輸入：8位二進(jìn)制數(shù)

-輸出：8位二進(jìn)制數(shù)（經(jīng)過(guò)某種運(yùn)算處理）

-運(yùn)算：選擇一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算，如加法、乘法等，并說(shuō)明選擇原因。

-設(shè)計(jì)描述：簡(jiǎn)要描述設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法。

2.分析FPGA在視頻處理領(lǐng)域的應(yīng)用，包括其優(yōu)勢(shì)、挑戰(zhàn)以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

試卷答案如下：

一、選擇題答案及解析思路：

1.答案：B.可編程邏輯門陣列（PLD）

解析思路：FPGA是一種可編程邏輯器件，其基本特性是可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行編程，而PLD正是此類器件的代表。

2.答案：C.通用集成電路（IC）

解析思路：FPGA不是通用集成電路，它是一種特定的可編程邏輯器件。通用集成電路通常指ASIC或IC，它們?cè)诔鰪S前已經(jīng)固化了功能。

3.答案：A.RAM

解析思路：FPGA的配置數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在RAM中，因?yàn)镽AM具有可讀寫特性，可以在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)加載配置數(shù)據(jù)。

4.答案：D.設(shè)計(jì)封裝

解析思路：FPGA設(shè)計(jì)流程通常包括設(shè)計(jì)輸入、設(shè)計(jì)仿真、設(shè)計(jì)布局布線（Place&Route）、配置數(shù)據(jù)生成、編程FPGA等步驟，不包括設(shè)計(jì)封裝。

5.答案：D.Java

解析思路：VHDL和Verilog是FPGA設(shè)計(jì)中的硬件描述語(yǔ)言，Java不是硬件描述語(yǔ)言，而是高級(jí)編程語(yǔ)言。

二、填空題答案及解析思路：

1.答案：現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列

解析思路：FPGA的全稱是Field-ProgrammableGateArray，直譯為現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列。

2.答案：可編程邏輯塊（PLB）

解析思路：FPGA的基本組成單元是可編程邏輯塊，它們可以組合成不同的邏輯功能。

3.答案：非易失性存儲(chǔ)器

解析思路：FPGA的配置數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中，以便在系統(tǒng)斷電后仍能保留配置數(shù)據(jù)。

4.答案：驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性和性能

解析思路：設(shè)計(jì)仿真是為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性和性能，確保在實(shí)際硬件上運(yùn)行時(shí)能夠達(dá)到預(yù)期效果。

5.答案：硬件描述

解析思路：VHDL和Verilog都是用于描述硬件設(shè)計(jì)的語(yǔ)言，它們?cè)试S設(shè)計(jì)者以文本形式描述電路的行為和結(jié)構(gòu)。

三、簡(jiǎn)答題答案及解析思路：

1.答案：FPGA與ASIC的區(qū)別主要在于可編程性和成本。FPGA在出廠時(shí)沒(méi)有特定的功能，用戶可以自行編程實(shí)現(xiàn)所需功能；而ASIC是專為特定功能設(shè)計(jì)的，一旦出廠就無(wú)法更改。FPGA通常成本較高，但靈活性更高；ASIC成本較低，但靈活性較差。

2.答案：FPGA設(shè)計(jì)流程的主要步驟包括設(shè)計(jì)輸入、設(shè)計(jì)仿真、設(shè)計(jì)布局布線、配置數(shù)據(jù)生成、編程FPGA、測(cè)試等。設(shè)計(jì)輸入階段使用VHDL或Verilog等硬件描述語(yǔ)言編寫代碼；設(shè)計(jì)仿真階段使用仿真工具對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行功能驗(yàn)證；設(shè)計(jì)布局布線階段將設(shè)計(jì)映射到FPGA的物理結(jié)構(gòu)上；配置數(shù)據(jù)生成階段生成用于配置FPGA的比特流文件；編程FPGA階段將比特流文件下載到FPGA中；測(cè)試階段驗(yàn)證FPGA的實(shí)際功能。

3.答案：VHDL和Verilog的主要特點(diǎn)包括：

-VHDL支持行為描述和結(jié)構(gòu)描述，而Verilog主要支持行為描述。

-VHDL支持多種設(shè)計(jì)層次，包括行為、結(jié)構(gòu)、寄存器傳輸級(jí)和門級(jí)，而Verilog主要支持行為和結(jié)構(gòu)描述。

-VHDL具有更強(qiáng)的抽象能力，可以描述復(fù)雜的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，而Verilog更適用于數(shù)字電路的低層設(shè)計(jì)。

四、編程題答案及解析思路：

1.答案（Verilog）：

```verilog

moduleadder_4bit(

input[3:0]a,

input[3:0]b,

output[4:0]sum

);

assignsum[3:0]=a+b;

assignsum[4]=a[3]|b[3];

endmodule

```

解析思路：編寫一個(gè)4位加法器，使用Verilog語(yǔ)言，通過(guò)兩個(gè)4位輸入a和b進(jìn)行相加，并生成一個(gè)5位的輸出sum，其中sum[4]是進(jìn)位輸出。

2.答案（VHDL）：

```vhdl

libraryIEEE;

useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entityBCD_converteris

Port(binary_in:inSTD_LOGIC_VECTOR(7downto0);

bcd_out:outSTD_LOGIC_VECTOR(3downto0));

endBCD_converter;

architectureBehavioralofBCD_converteris

begin

bcd_out<=std_logic_vector(to_unsigned(binary_in,4));

endBehavioral;

```

解析思路：編寫一個(gè)二進(jìn)制到BCD轉(zhuǎn)換器，使用VHDL語(yǔ)言，輸入為8位二進(jìn)制數(shù)binary_in，輸出為4位BCD碼bcd_out。

五、論述題答案及解析思路：

1.答案：FPGA在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)包括：

-靈活性：FPGA可以根據(jù)實(shí)際需求快速修改設(shè)計(jì)，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

-高性能：FPGA可以實(shí)現(xiàn)高速度、低延遲的處理，滿足實(shí)時(shí)性要求。

-高集成度：FPGA可以集成多個(gè)功能模塊，減少系統(tǒng)組件數(shù)量。

-節(jié)省成本：FPGA可以減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期和開(kāi)發(fā)成本。

2.答案：FPGA在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用及其重要性包括：

-信號(hào)處理：FPGA可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的濾波、調(diào)制、解調(diào)等處理，提高通信質(zhì)量。

-實(shí)時(shí)性：FPGA具有高速處理能力，能夠滿足通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。

-可定制性：FPGA可以根據(jù)不同的通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定制，適應(yīng)各種通信需求。

-靈活性：FPGA可以快速適應(yīng)通信技術(shù)的更新，滿足通信系統(tǒng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

六、綜合題答案及解析思路：

1.答案：

設(shè)計(jì)描述：選擇加法運(yùn)算作為處理功能，因?yàn)榧臃ㄊ菙?shù)字信號(hào)處理中最基本、最常用的運(yùn)算之一。設(shè)計(jì)思路包括：

-定義輸入和輸出端口。

-編寫加法運(yùn)算的Verilog或VHDL代碼。

-進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，確保代碼的正確性。

-進(jìn)行布局布線，將設(shè)計(jì)映射到FPGA的物理結(jié)構(gòu)上。

-生成配置數(shù)據(jù)，下載到FPGA中。

-測(cè)試FPGA的實(shí)際功能，驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否滿足要求。

2.