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2025年fpga题目及答案

一、单项选择题（每题2分，共20分）

1.以下关于FPGA（现场可编程门阵列）结构的描述中，错误的是：

A.基于SRAM的FPGA需要掉电后重新配置

B.查找表（LUT）是实现组合逻辑的核心单元

C.现代FPGA内部集成了硬核处理器（如ARMCortex-A系列）

D.所有FPGA的时钟管理模块（CMT）仅支持频率倍频功能

答案：D

解析：FPGA的时钟管理模块（如Xilinx的MMCM/PLL）通常支持频率倍频、分频、相位调整及抖动抑制等多种功能，因此D选项错误。

2.在FPGA设计中，以下哪种操作最可能导致时序违例（TimingViolation）？

A.对关键路径使用寄存器切割（Pipeline）

B.将异步信号通过两级寄存器同步

C.在组合逻辑路径中插入过多LUT级联

D.使用片内BRAM（块RAM）代替分布式RAM存储数据

答案：C

解析：组合逻辑路径过长（如多个LUT级联）会导致信号传输延迟增加，超过时钟周期约束时易引发时序违例；而寄存器切割、异步同步和合理选择存储资源均为常见的时序优化手段。

3.关于FPGA与ASIC（专用集成电路）的对比，正确的是：

A.FPGA的单位成本随量产规模增加显著下降

B.ASIC的设计周期通常短于FPGA

C.FPGA支持现场重新配置，适合快速迭代开发

D.ASIC的静态功耗一定低于FPGA

答案：C

解析：FPGA的优势在于可重构性，适合小批量、多版本迭代的场景；ASIC需流片，设计周期长，单位成本随产量增加下降明显；静态功耗与工艺和设计有关，无法一概而论。

4.在FPGA中实现数字滤波器时，以下哪种优化方法可有效降低资源消耗？

A.将定点数运算改为浮点数运算

B.采用多相分解（PolyphaseDecomposition）结构

C.对所有乘法器使用LUT直接映射

D.取消流水线设计以减少寄存器数量

答案：B

解析：多相分解通过将滤波器拆分为多个子滤波器并行处理，可降低采样率要求，减少计算量；浮点数运算会显著增加资源消耗，LUT映射乘法器仅适用于小位宽，取消流水线可能导致时序问题。

5.以下哪项不属于FPGA设计流程中的综合（Synthesis）阶段任务？

A.将RTL代码转换为门级网表

B.进行逻辑优化（如冗余逻辑删除）

C.完成布局布线（PlaceRoute）

D.映射到目标器件的基本逻辑单元（如LUT、寄存器）

答案：C

解析：布局布线属于实现（Implementation）阶段，综合阶段的任务是逻辑转换与优化，映射到器件原语。

二、简答题（每题8分，共40分）

1.简述FPGA设计中“时序约束”的作用及关键约束类型。

答案：时序约束是FPGA设计的核心环节，用于定义设计中信号传输的时间要求，确保电路在目标时钟频率下可靠工作。关键约束类型包括：

（1）时钟约束：定义时钟频率、占空比、偏移等（如create_clock-period10[get_portsclk]）；

（2）输入/输出延迟约束：限制外部信号进入/离开FPGA的最大延迟（如set_input_delay-clockclk2[get_portsdata_in]）；

（3）跨时钟域约束：定义异步时钟域间的关系（如set_false_path-from[get_clocksclk1]-to[get_clocksclk2]）；

（4）最大路径延迟约束：限制关键路径的最大允许延迟（如set_max_delay8-from[get_pinsA]-to[get_pinsB]）。

2.说明FPGA中“静态时序分析（STA）”与“动态仿真（Simulation）”的区别及互补性。

答案：静态时序分析（STA）通过遍历所有可能的信号路径，基于器件库的延迟数据计算最大/最小延迟，验证是否满足时序约束；无需输入测试向量，可覆盖所有可能路径，但无法验证功能正确性。动态仿真通过输入特定测试向量，在仿真工具中运行设计，验证功能正确性及特定场景下的时序行为；但无法覆盖所有可能输入组合。二者互补：STA确保设计在理论上满足时序要求，动态仿真验证功能正确性及典型场景的时序表现，共同保证设计可靠性。

3.列举三种FPGA低功耗设计的常用方法，并说明其原理。

答案：

（1）门控时钟（ClockGating）：在无需更新的模块时钟路径中插入门控逻辑，当模块空闲时关闭时钟，减少动态功耗（动态功耗与开关频率成正比）。

（2）电压