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FPGA面试题：嵌入式系统篇

一、选择题（每题2分，共10题）

1.在嵌入式系统中，FPGA通常用于哪些场景？

A.数据处理加速

B.信号采集

C.实时控制

D.以上所有

2.以下哪种FPGA架构更适合低功耗嵌入式应用？

A.SRAM-basedFPGA

B.Flash-basedFPGA

C.BothAandB

D.NeitherAnorB

3.在FPGA设计中，哪种资源利用率最高？

A.LUT（查找表）

B.BRAM（块RAM）

C.DSP（数字信号处理）块

D.以上都低

4.嵌入式系统中，FPGA与微控制器的区别是什么？

A.FPGA无处理器核心，微控制器有

B.FPGA可并行处理，微控制器串行处理

C.FPGA功耗更高，微控制器更低

D.以上都对

5.以下哪种协议常用于FPGA与嵌入式外设的通信？

A.SPI

B.I2C

C.PCIe

D.以上都常用

二、填空题（每空1分，共5题）

6.FPGA的硬件描述语言主要包括______和______。

7.嵌入式系统中，FPGA的时钟频率通常比微控制器______。

8.在FPGA设计中，资源分配的优化主要考虑______和______。

9.嵌入式系统中，FPGA的JTAG接口主要用于______和______。

10.以下嵌入式应用中，______最适合使用FPGA实现实时信号处理。

三、简答题（每题5分，共3题）

11.简述FPGA在嵌入式系统中的优势与劣势。

12.描述FPGA如何实现高速数据传输？

13.解释FPGA在物联网（IoT）嵌入式系统中的应用场景。

四、编程题（10分）

14.编写Verilog代码实现一个简单的8位CRC校验模块，输入为数据流（8位数据，1位校验位），输出为校验结果。

五、设计题（15分）

15.设计一个基于FPGA的嵌入式系统，要求实现以下功能：

-接收来自传感器的温度数据（12位精度）；

-通过UART发送数据到上位机；

-使用FPGA内部定时器控制数据采集频率（1Hz）；

-画出模块框图并说明关键逻辑。

答案与解析

一、选择题

1.D

-FPGA可用于数据处理加速、信号采集、实时控制等多种场景，因其并行处理能力强。

2.B

-Flash-basedFPGA支持无电保存配置，适合低功耗、可重启动的嵌入式应用。

3.A

-LUT是FPGA的基本逻辑单元，资源利用率最高，适合复杂逻辑设计。

4.D

-FPGA无处理器核心，依赖外置MCU或软核；并行处理能力强；功耗取决于设计，不绝对高。

5.D

-SPI、I2C、PCIe均常用，具体选择取决于系统需求。

二、填空题

6.Verilog,VHDL

-两种主流硬件描述语言。

7.更高

-FPGA通常用于高速应用，时钟频率更高。

8.资源利用率，时序性能

-优化目标包括减少资源占用和保证信号时序。

9.调试，编程

-JTAG用于硬件调试和配置FPGA。

10.实时信号处理

-如雷达信号处理，需高并行度和低延迟。

三、简答题

11.优势：

-高并行性，适合实时处理；

-可重构性，支持快速原型验证；

-低延迟，无冯·诺依曼瓶颈。

劣势：

-功耗较高；

-开发工具成本高；

-难以进行复杂算法调试。

12.高速数据传输实现：

-使用专用高速接口（如PCIe）；

-利用FPGA内部高速串行收发器（SerDes）；

-优化数据路径，减少流水线级数。

13.应用场景：

-边缘计算节点，实时数据处理；

-传感器数据聚合，低延迟通信；

-物联网网关，协议转换与路由。

四、编程题

verilog

modulecrc8(

inputwireclk,

inputwirerst,

inputwire[7:0]data,

inputwirecrc_en,

outputreg[7:0]crc_out

);

reg[7:0]crc_reg;

parameterPOLY=8h07;//CRC-8多项式

always@(posedgeclkorposedgerst)begin

if(rst)crc_reg=8h00;

elseif(crc_en)begin

crc_reg=data^crc_reg;

crc_reg[0]=1b0;//反馈位

end

end

assigncrc_out=crc_reg;

endmodule

五、设计题

模块框图：

+-++-++-+

|温度传感器|-|