FPGA靈活方便,不僅性能、速度、連接具有優(yōu)勢(shì),而且可以縮短上市時(shí)間,因此應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。現(xiàn)在,許多用戶都開(kāi)始在一些批量生產(chǎn)的消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品上采用FPGA,如DVD、TV、游戲設(shè)備、空調(diào)、PDA、數(shù)字視頻移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線局域網(wǎng)等。
FPGA即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列的通用結(jié)構(gòu),它由邏輯功能塊排列成陣列,并由可編程的互連資源連接這些邏輯功能塊來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的設(shè)計(jì)。
近年來(lái),國(guó)內(nèi) FPGA 技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)作為一種靈活可配置的集成電路技術(shù),具備可重定向的硬件加速特性,為各行業(yè)帶來(lái)了創(chuàng)新和改進(jìn)的機(jī)遇。在此背景下,國(guó)內(nèi)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)積極投入研發(fā)并推動(dòng) FPGA 技術(shù)走向新的高度。
國(guó)內(nèi) FPGA 技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一是政府的支持。近年來(lái),中國(guó)政府相繼出臺(tái)了一系列支持半導(dǎo)體和芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策措施,其中包括 FPGA 技術(shù)的研究和應(yīng)用。政府鼓勵(lì)科技企業(yè)增加研發(fā)投入,提供技術(shù)支持和財(cái)政資助,并推動(dòng)高校和研究機(jī)構(gòu)加強(qiáng)與企業(yè)的合作。這些政策的實(shí)施為國(guó)內(nèi) FPGA 技術(shù)的發(fā)展提供了重要的支持和保障。
與此同時(shí),國(guó)內(nèi)企業(yè)在 FPGA 技術(shù)領(lǐng)域的積極探索和創(chuàng)新也是推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的重要力量。眾多科技巨頭和創(chuàng)業(yè)公司在 FPGA 技術(shù)的應(yīng)用上一展所長(zhǎng),推出了一系列具有創(chuàng)新性和競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。這些企業(yè)通過(guò)持續(xù)的技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)拓展,加速了國(guó)內(nèi) FPGA 技術(shù)的普及和應(yīng)用。
國(guó)內(nèi) FPGA 技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛,涉及到多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域。以下是幾個(gè)典型的應(yīng)用領(lǐng)域:
以上只是國(guó)內(nèi) FPGA 技術(shù)的一部分應(yīng)用領(lǐng)域,隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新,它的應(yīng)用范圍將繼續(xù)擴(kuò)大。
盡管?chē)?guó)內(nèi) FPGA 技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展,但仍然面臨一些挑戰(zhàn)。
首先,F(xiàn)PGA 技術(shù)的開(kāi)發(fā)門(mén)檻相對(duì)較高。相比傳統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā),F(xiàn)PGA 項(xiàng)目需要硬件描述語(yǔ)言(HDL)的編寫(xiě)和硬件設(shè)計(jì)的知識(shí),對(duì)開(kāi)發(fā)人員的要求較高。此外,F(xiàn)PGA 芯片的設(shè)計(jì)和調(diào)試需要大量的時(shí)間和資源投入。
其次,國(guó)內(nèi) FPGA 技術(shù)的研發(fā)與國(guó)外仍存在一定的差距。雖然國(guó)內(nèi)企業(yè)積極投入 FPGA 技術(shù)的研發(fā),但與國(guó)外領(lǐng)先企業(yè)相比,仍有一定差距。國(guó)內(nèi)缺乏一些關(guān)鍵技術(shù)和專(zhuān)利,需要進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)能力。
此外,F(xiàn)PGA 技術(shù)的應(yīng)用推廣也需要面臨市場(chǎng)認(rèn)可和用戶接受的挑戰(zhàn)。由于 FPGA 技術(shù)相對(duì)較新,許多行業(yè)和企業(yè)對(duì)其應(yīng)用效果和可行性存在疑慮,需要進(jìn)行充分的宣傳和示范。
國(guó)內(nèi) FPGA 技術(shù)正處于發(fā)展的黃金期,擁有廣闊的市場(chǎng)前景和發(fā)展空間。隨著國(guó)家對(duì)半導(dǎo)體和芯片產(chǎn)業(yè)的支持力度加大,以及企業(yè)自身在技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新方面的不斷努力,國(guó)內(nèi) FPGA 技術(shù)有望迎來(lái)更加寬廣的發(fā)展前景。
首先,隨著應(yīng)用場(chǎng)景的不斷增多,F(xiàn)PGA 技術(shù)的需求持續(xù)增長(zhǎng)。通信、人工智能、醫(yī)療、汽車(chē)等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅堋⒌湍芎牡挠布铀傩枨笤黾樱瑢⑼苿?dòng) FPGA 技術(shù)的廣泛應(yīng)用。
其次,F(xiàn)PGA 技術(shù)自身的發(fā)展將帶來(lái)更多機(jī)遇。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,F(xiàn)PGA 芯片的性能不斷提升,功耗不斷降低,開(kāi)發(fā)工具和平臺(tái)也越來(lái)越完善。這將為開(kāi)發(fā)人員提供更多便利,進(jìn)一步推動(dòng) FPGA 技術(shù)的發(fā)展。
最后,國(guó)內(nèi)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)在 FPGA 技術(shù)上的投入和創(chuàng)新不斷增加,增強(qiáng)了國(guó)內(nèi) FPGA 技術(shù)的研發(fā)能力。未來(lái),可以預(yù)見(jiàn)國(guó)內(nèi)企業(yè)將不斷涌現(xiàn)出更多具有創(chuàng)新性和競(jìng)爭(zhēng)力的 FPGA 產(chǎn)品,推動(dòng)國(guó)內(nèi) FPGA 技術(shù)在全球市場(chǎng)的影響力不斷提升。
綜上所述,國(guó)內(nèi) FPGA 技術(shù)的發(fā)展具有巨大的潛力和機(jī)遇。政府的支持、企業(yè)的投入和市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)將推動(dòng) FPGA 技術(shù)邁向新的高度。相信不久的將來(lái),國(guó)內(nèi) FPGA 技術(shù)將在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用,為中國(guó)科技的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。
FPGA(Field Programmable Gate Array)是在PAL、GAL等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專(zhuān)用集成電路(ASIC)領(lǐng)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(mén)電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。
就是這樣 。
根據(jù) FPGA 基本結(jié)構(gòu),可將其分為基于乘積項(xiàng)(Product-Term)技術(shù)的 FPGA 和基于查找表(Look-Up-Table)技術(shù)的 FPGA 兩種。
(1)基于乘積項(xiàng)技術(shù)的 FPGA 主要由 3 個(gè)模塊組成:邏輯單元陣列(Logic Cell Array)、可編程連線(PIA)和 I/O 控制塊。
邏輯單元陣列:是 FPGA 的基本結(jié)構(gòu),由它來(lái)實(shí)現(xiàn)基本的邏輯功能。
可編程連線: 負(fù)責(zé)信號(hào)傳遞,連接所有的宏單元。
I/O 控制塊: 負(fù)責(zé)輸入/輸出的電氣特性控制。
(2)查找表簡(jiǎn)稱(chēng)為 LUT,其本質(zhì)就是一個(gè)RAM。目前 FPGA 中多使用 4 輸入的 LUT,所以每一個(gè) LUT 可以看成一個(gè)有 4 位地址線的 16×1的 RAM。
LUT抽象描述:當(dāng)用戶通過(guò)原理圖或 HDL 語(yǔ)言描述了一個(gè)邏輯電路以后,F(xiàn)PGA 開(kāi)發(fā)軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算邏輯電路的所有可能的結(jié)果,并把結(jié)果事先寫(xiě)入 RAM,這樣每輸入一個(gè)信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算就等于輸入一個(gè)地址進(jìn)行查表,找出地址對(duì)應(yīng)的內(nèi)容,然后輸出即可。
LUT缺陷:由于 SRAM 工藝的特點(diǎn),掉電后數(shù)據(jù)會(huì)消失,因此調(diào)試期間可以通過(guò)電纜配置 FPGA 器件,調(diào)試完成后,需要將數(shù)據(jù)固化在一個(gè)專(zhuān)用的 EEPROM 中(用通用編程器燒寫(xiě)),上電時(shí)由這片 EEPROM 對(duì) FPGA 加載數(shù)據(jù),十幾個(gè)毫秒后 FPGA 即可正常工作(亦可由 CPU 配置 FPGA)。此類(lèi)型的 FPGA 一般不可以進(jìn)行程序加密。
1)采用FPGA設(shè)計(jì)ASIC電路,用戶不需投片生產(chǎn)就能得到合用的芯片;
2)FPGA可用做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片;
3)FPGA內(nèi)部具有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳;
4)采用FPGA設(shè)計(jì)ASIC電路,周期短、費(fèi)用低、風(fēng)險(xiǎn)小、質(zhì)量穩(wěn)定;
5)FPGA采用高速CHMOS工藝,功耗低;
6)FPGA體系結(jié)構(gòu)、邏輯單元靈活、集成度高、適用范圍廣;
7)FPGA兼容了PLD和通用門(mén)陣列的優(yōu)點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的電路。
FPGA 技術(shù)作為一種靈活的可編程邏輯解決方案在當(dāng)前的科技領(lǐng)域中備受關(guān)注。這種技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用前景一直吸引著眾多專(zhuān)業(yè)人士和研究者的目光。
FPGA 是一種可編程邏輯器件,它具有高度的靈活性和可編程性。相比于硬件固定功能的集成電路,FPGA 的優(yōu)勢(shì)在于可以根據(jù)需求進(jìn)行重新配置和重新編程,從而實(shí)現(xiàn)不同的邏輯功能。
最早的 FPGA 出現(xiàn)在上世紀(jì)80年代,隨著技術(shù)的發(fā)展,如今的 FPGA 已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了當(dāng)初的性能和功能。隨著時(shí)代的進(jìn)步,FPGA 在通信、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。
隨著 FPGA 技術(shù)的不斷改進(jìn)和應(yīng)用擴(kuò)大,其在人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域的前景將變得更加廣闊。未來(lái),FPGA 可能會(huì)成為各種智能設(shè)備和系統(tǒng)的核心組件。
雖然 FPGA 技術(shù)有著諸多優(yōu)勢(shì),但也面臨著一些挑戰(zhàn),如開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、難以調(diào)試等問(wèn)題,這些挑戰(zhàn)需要相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人士不斷努力去克服。
總的來(lái)說(shuō),FPGA 技術(shù)在當(dāng)前的科技領(lǐng)域中具有重要的地位和應(yīng)用前景。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新,FPGA 將繼續(xù)發(fā)揮著重要作用,推動(dòng)著科技行業(yè)的發(fā)展。
采用FPGA設(shè)計(jì)ASIC電路,用戶不需要投片生產(chǎn),就能得到合用的芯片。FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳。FPGA是ASIC電路中設(shè)計(jì)周期最短、開(kāi)發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險(xiǎn)最小的器件之一。 FPGA采用高速CHMOS工藝,功耗低,可以與CMOS、TTL電平兼容。可以說(shuō),F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。
FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來(lái)設(shè)置其工作狀態(tài)的,因此,工作時(shí)需要對(duì)片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程。
在最高層面上,F(xiàn)PGA是可重新編程的硅芯片。 使用預(yù)建的邏輯塊和可重新編程布線資源,用戶無(wú)需再使用電路試驗(yàn)板或烙鐵,就能配置這些芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)自定義硬件功能。
用戶在軟件中開(kāi)發(fā)數(shù)字計(jì)算任務(wù),并將它們編譯成配置文件或比特流,其中包含元器件相互連接的信息。
此外,F(xiàn)PGA可完全可重配置,當(dāng)用戶在重新編譯不同的電路配置時(shí),能夠當(dāng)即呈現(xiàn)全新的特性。 過(guò)去,只有熟知數(shù)字硬件設(shè)計(jì)的工程師懂得使用FPGA技術(shù)。 然而,高層次設(shè)計(jì)工具的興起正在改變FPGA編程的方式,其中的新興技術(shù)能夠?qū)D形化程序框圖、甚至是C代碼轉(zhuǎn)換成數(shù)字硬件電路。
FPGA(Field-Programmable Gate Array),即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列,它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。
它是作為專(zhuān)用集成電路(ASIC)領(lǐng)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(mén)電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。
FPGA中的基本邏輯單元是CLB模塊,一個(gè)CLB模塊一般包含若干個(gè)基本的查找表、寄存器和多路選擇器資源,因此FPGA中的邏輯表達(dá)式基于LUT的。
FPGA內(nèi)部的編程信息一般存儲(chǔ)在SRAM單元中,因此通常的FPGA都是基于SRAM的,所以掉電后信息會(huì)丟失,下次上電需要先配置才能使用。