網(wǎng)絡資訊：FPGA是什么

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FPGA是在PAL、GAL等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。

FPGA(Field Programmable Gate Array)是在 PAL、GAL 等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。

簡介

FPGA 設計不是簡單的芯片研究，主要是利用 FPGA 的模式進行其他行業(yè)產(chǎn)品的設計。 與 ASIC 不同，F(xiàn)PGA 在通信行業(yè)的應用比較廣泛。通過對全球 FPGA 產(chǎn)品市場以及相關供應商的分析，結(jié)合當前我國的實際情況以及國內(nèi)領先的 FPGA 產(chǎn)品可以發(fā)現(xiàn)相關技術在未來的發(fā)展方向，對我國科技水平的全面提高具有非常重要的推動作用。

與傳統(tǒng)模式的芯片設計進行對比，F(xiàn)PGA 芯片并非單純局限于研究以及設計芯片，而是針對較多領域產(chǎn)品都能借助特定芯片模型予以優(yōu)化設計。從芯片器件的角度講，F(xiàn)PGA 本身構成 了半定制電路中的典型集成電路，其中含有數(shù)字管理模塊、內(nèi)嵌式單元、輸出單元以及輸入單元等。在此基礎上，關于 FPGA 芯片有必要全面著眼于綜合性的芯片優(yōu)化設計，通過改進當前的芯片設計來增設全新的芯片功能，據(jù)此實現(xiàn)了芯片整體構造的簡化與性能提升。

基本結(jié)構

FPGA 器件屬于專用集成電路中的一種半定制電路，是可編程的邏輯列陣，能夠有效的解決原有的器件門電路數(shù)較少的問題。FPGA 的基本結(jié)構包括可編程輸入輸出單元，可配置邏輯塊，數(shù)字時鐘管理模塊，嵌入式塊 RAM，布線資源，內(nèi)嵌專用硬核，底層內(nèi)嵌功能單元。由于 FPGA 具有布線資源豐富，可重復編程和集成度高，投資較低的特點，在數(shù)字電路設計領域得到了廣泛的應用。FPGA 的設計流程包括算法設計、代碼仿真以及設計、板機調(diào)試，設計者以及實際需求建立算法架構，利用 EDA 建立設計方案或 HD 編寫設計代碼，通過代碼仿真保證設計方案符合實際要求，最后進行板級調(diào)試，利用配置電路將相關文件下載至 FPGA 芯片中，驗證實際運行效果。

工作原理

FPGA 采用了邏輯單元陣列 LCA(Logic Cell Array)這樣一個概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊 CLB(Configurable Logic Block)、輸入輸出模塊 IOB(Input Output Block)和內(nèi)部連線(Interconnect)三個部分。 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)是可編程器件，與傳統(tǒng)邏輯電路和門陣列(如 PAL，GAL 及 CPLD 器件)相比，F(xiàn)PGA 具有不同的結(jié)構。FPGA 利用小型查找表(16×1RAM)來實現(xiàn)組合邏輯，每個查找表連接到一個 D 觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅(qū)動其他邏輯電路或驅(qū)動 I/O，由此構成了既可實現(xiàn)組合邏輯功能又可實現(xiàn)時序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到 I/O 模塊。FPGA 的邏輯是通過向內(nèi)部靜態(tài)存儲單元加載編程數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的，存儲在存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與 I/O 間的聯(lián)接方式，并最終決定了 FPGA 所能實現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA 允許無限次的編程。

芯片設計

相比于其他種類的芯片設計，關于 FPGA 芯片通常需要設置較高門檻并且擬定嚴格性較強的基本設計流程。具體在設計時，應當緊密結(jié)合 FPGA 的有關原理圖，據(jù)此實現(xiàn)了規(guī)模較大的專門芯片設計。通過運用 Matlab 以及 C 語言的特殊設計算法，應當可以實現(xiàn)全方位的順利轉(zhuǎn)化，從而確保其符合當前的主流芯片設計思路。在此前提下，如果選擇了上述設計思路那么通常需要著眼于有序整合各類元器件以及相應的設計語言，據(jù)此保證了可用性與可讀性較強的芯片程序設計。運用 FPGA 可以實現(xiàn)板機調(diào)試、代碼仿真與其他有關的設計操作，確保當前的代碼編寫方式以及設計方案都能符合特定的設計需求。 除此以外，關于設計算法應當將合理性置于首要性的位置， 據(jù)此實現(xiàn)了優(yōu)化的項目設計效果，并且優(yōu)化了芯片運行的實效性。因此作為設計人員來講，首先就是要構建特定的算法模塊， 以此來完成與之有關的芯片代碼設計。這是由于預先設計代碼有助保證算法可靠性，對于整體上的芯片設計效果也能予以顯著優(yōu)化。在全面完成板機調(diào)試以及仿真測試的前提下，應當可以在根源上縮短設計整個芯片消耗的周期，同時也致力于優(yōu)化當前現(xiàn)存的硬件整體結(jié)構。例如在涉及到開發(fā)非標準的某些硬件接口時，通常都會用到上述的新產(chǎn)品設計模式。

FPGA 設計的主要難點是熟悉硬件系統(tǒng)以及內(nèi)部資源，保證設計的語言能夠?qū)崿F(xiàn)元器件之間的有效配合，提高程序的可讀性以及利用率。這也對設計人員提出了比較高的要求，需要經(jīng)過多個項目的經(jīng)驗積累才可以達到相關的要求。

在算法設計時需要重點考慮合理性，保證項目最終完成的效果，依據(jù)項目的實際情況提出解決問題的方案，提高 FPGA 的運行效率。確定算法后應當合理構建模塊，方便后期進行代碼設計。在代碼設計時可以利用預先設計好的代碼，提高工作效率，增強可靠性。編寫測試平臺，進行代碼的仿真測試和班級調(diào)試，完成整個設計過程。FPGA 同 ASIC 不同，開發(fā)的周期比較短，可以結(jié)合設計要求改變硬件的結(jié)構，在通信協(xié)議不成熟的情況下可以幫助企業(yè)迅速推出新產(chǎn)品，滿足非標準接口開發(fā)的需求。

優(yōu)缺點

優(yōu)點

FPGA 的優(yōu)點如下：

(1) FPGA 由邏輯單元、RAM、乘法器等硬件資源組成，通過將這些硬件資源合理組織，可實現(xiàn)乘法器、寄存器、地址發(fā)生器等硬件電路。

(2) FPGA 可通過使用框圖或者 Verilog HDL 來設計，從簡單的門電路到 FIR 或者 FFT 電路。

(3) FPGA 可無限地重新編程，加載一個新的設計方案只需幾百毫秒，利用重配置可以減少硬件的開銷。

(4) FPGA 的工作頻率由 FPGA 芯片以及設計決定，可以通過修改設計或者更換更快的芯片來達到某些苛刻的要求(當然，工作頻率也不是無限制的可以提高，而是受當前的 IC 工藝等因素制約)。

設計語言及平臺

可編程邏輯器件是通過 EDA 技術將電子應用系統(tǒng)的既定功能和技術指標具體實現(xiàn)的硬件載體，F(xiàn)PGA 作為實現(xiàn)這一途徑的主流器件之一，具有直接面向用戶，靈活性和通用性極大，使用方便，硬 件測試和實現(xiàn)快捷等特點。

硬件描述語言(HDL)是一種用來設計數(shù)字邏輯系統(tǒng)和描述數(shù)字電路的語言，常用的主要有 VHDL、Verilog HDL、System Verilog 和 System C。

作為一種全方位的硬件描述語言，超高速集成電路硬件描述語言(VHDL)具有與具體硬件電路無關、與設計平臺無關的特性，具有寬范圍描述能力、不依賴于特定的器件、可將復雜控制邏輯的設計用嚴謹簡潔的代碼進行描述等優(yōu)點，得到眾多 EDA 公司的支持，在電子設計領域得到了廣泛應用。

VHDL 是一種用于電路設計的高級語言，與其他硬件描述語言相比，其具有語言簡潔、靈活性強、不依賴于器件設計等特點，使其成為 EDA 技術通用的硬件描述語言，使 EDA 技術更便于設計者掌握。

Verilog HDL 是廣泛應用的硬件描述語言，可以用于硬件設計流 程的建模、綜合、模擬等多個階段。

Verilog HDL 優(yōu)點：類似 C 語言，上手容易，靈活。大小寫敏感。在寫激勵和建模方面有優(yōu)勢。缺點：很多錯誤在編譯的時候不能被發(fā)現(xiàn)。

VHDL 優(yōu)點：語法嚴謹，層次結(jié)構清晰。缺點：熟悉時間長，不夠靈活。

Quartus_Ⅱ軟件是由 Altera 公司開發(fā)的完整多平臺設計環(huán)境，能滿足各種 FPGA，CPLD 的設計需要，是片上可編程系統(tǒng)設計的綜合性環(huán)境。

Vivado 設計套件，是 FPGA 廠商賽靈思公司(Xilinx)2012 年發(fā)布的集成設計環(huán)境。包括高度集成的設計環(huán)境和新一代從系統(tǒng)到 IC 級的工具，這些均建立在共享的可擴展數(shù)據(jù)模型和通用調(diào)試環(huán)境基礎上。Xilinx Vivado 設計套件中提供了 FIFO IP 核，可方便應用于設計中。

近年來，大型的總控系統(tǒng)得到了日益廣泛的應用，與之相關的視頻分割技術水平也在逐步提高，該技術是把用多屏拼接顯示的方式來顯示一路視頻信號，在一些需要使用大屏幕顯示的場景應用廣泛。

隨著技術水平的進步， 視頻分割技術逐步成熟，滿足了人們對于清晰視頻圖像的基本需求、 FPGA 芯片硬件結(jié)構比較特殊，可以利用事先編輯的邏輯結(jié)構文件調(diào)整內(nèi)部結(jié)構，利用約束的文件來調(diào)整不同邏輯單元的連接和位置，妥善處理好數(shù)據(jù)線路徑，其自身具有的靈活性和適應性方便用戶的開發(fā)和應用。在處理視頻信號時，F(xiàn)PGA 芯片可以充分利用自身的速度和結(jié)構優(yōu)勢，實現(xiàn)兵乓技術和流水線技術。在對外連接的過程中，芯片采用數(shù)據(jù)并行連接的方式，使圖像信息的位寬拓寬，利用內(nèi)部的邏輯功能提高圖像處理的速度。通過高速緩存結(jié)構以及時鐘管理實現(xiàn)對圖像處理以及其他設備的控制。在整體的設計結(jié)構中，F(xiàn)PGA 芯片處于核心位置，復雜數(shù)據(jù)的插值處理以及提取和存儲，還起到總體控制的作用，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。另外，視頻信息處理與其他數(shù)據(jù)處理不同，需要芯片具有特殊的邏輯單元以及 RAM 或者 FIFO 單元，保證提高足夠的數(shù)據(jù)傳輸速度。

以上就是關于FPGA是什么這方面的一些信息了 小編整理的這些訊息希望對童鞋們有所幫助。