FPGA起步ABC之数字逻辑基础

OK，前面有提到FPGA运算包括了逻辑运算和数学运算，其中逻辑运算的基础就是数字逻辑电路设计，下面简单罗列几个概念以及常见电路，都是必须要熟练使用滴。

FPGA设计，卡诺图化简是逻辑设计过程中的最常用的手段，而在高速设计过程中，则常常考虑使用逻辑复制来提高电路运行速度，关于这部分将在后面高速设计部分举例详细说明。

数制，是另一个基础的概念。二进制、十进制、十六进制之间的相互转换，格雷码、独热码、BCD码这些常用码的设计以及相互转换，小数的二进制表示、负数的二进制形式，都需要熟练掌握。

在实际FPGA应用中，几乎所有的设计都会用到计数器，分频电路、ram的地址产生、时序电路状态的控制等，都是计数器的典型应用。对于计数器，俺想着重强调的是计数器的清零操作，尤其是计数器应用于状态的控制时，一定要仔细设计，清零不合理或者清零时刻没有设计好，也许在一般的工作情况下都能正常运转，但碰到一些特殊情况，就比较容易出问题，通常遇到这样的情况时，调试都比较耗时间。另外，在平常应用过程中，我们最常用的是加计数，但在某些情形下，减计数器有意想不到的妙用，比如有一个32bit的向量，现在要找出其最前面三个1的位置，使用减计数器可以很轻易地实现该功能。

在设计FPGA外围电路时，我们经常会用到I2C、SPI这样的总线接口，在处理这样的总线接口时，串并转换、并串转换是必然之选；串并转换、并串转换电路，又是FPGA面积与速度平衡原则的重要体现。实现串并之间的转换，一种常见的手段是采用移位寄存器，简单明了。

上面提到的一些概念或者器件，都是一些基础，所谓复杂的时序逻辑电路设计，其实就是把这些最简单的逻辑电路以及寄存器有机组合起来。我曾经有幸见到过一张图纸，使用了大量的74系列逻辑电路去实现FFT运算，FFT够麻烦吧，可用最简单的74逻辑电路就能把它实现，当然这前提就是基础知识足够扎实。