FPGA的介绍

FPGA

FPGA（Field Programmable Gate Array，可编程门阵列）是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA的工作原理

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输入输出模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。 现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构。FPGA利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。

FPGA的优点如下：

(1) FPGA由逻辑单元、RAM、乘法器等硬件资源组成，通过将这些硬件资源合理组织，可实现乘法器、寄存器、地址发生器等硬件电路。

(2) FPGA可通过使用框图或者Verilog HDL来设计，从简单的门电路到FIR或者FFT电路。

(3) FPGA可无限地重新编程，加载一个新的设计方案只需几百毫秒，利用重配置可以减少硬件的开销。

(4) FPGA的工作频率由FPGA芯片以及设计决定，可以通过修改设计或者更换更快的芯片来达到某些苛刻的要求（当然，工作频率也不是无限制的可以提高，而是受当前的IC工艺等因素制约）。

FPGA的缺点如下：

(1) FPGA的所有功能均依靠硬件实现，无法实现分支条件跳转等操作。

(2) FPGA只能实现定点运算。

FPGA的行业应用

数据延迟器和存储设计

FPGA具有可编程的延迟数字单元，在通信系统和各类电子设备中有着比较广泛的应用，比如同步通信系统，时间数值化系统等，主要的设计方法包括数控延迟线法，存储器法，计数器法等，其中存储器法主要是利用 FPGA的RAM或者FIFO实现的。

利用 FPGA 对SD卡相关数据进行读写可以依据具体算法的需求低FPGA芯片开展编程，更加实际情况的变化实现读写操作的不断更新。这种模式之下只需要利用原有的芯片便可以实现对SD卡的有效控制，明显降低了系统的成本。

通信行业

通常情况下，通信行业综合考虑成本以及运营等各方面的因素，在终端设备数量比较多的位置，FPGA的用量比较大，基站最适合使用FPGA，基站几乎每一块板子都需要使用FPGA芯片，而且型号比较高端，可以处理复杂的物理协议，实现逻辑控制。同时，由于基站的逻辑链路层，物理层的协议部分需要定期更新，也比较适合采用FPGA技术。目前，FPGA主要在通信行业的建设初期和中期应用，后期逐步被ASIC替代。

其它应用

FPGA在安防，工业等领域也有着比较广泛的应用，比如安防领域的视频编码解码等协议在前端数据采集和逻辑控制的过程中可以利用FPGA处理。工业领域主要采用规模较小的FPGA，满足灵活性的需求。另外，由于 FPGA具有比较高的可靠性，因此在军工以及航天领域也有比较广泛的应用。未来，随着技术的不断完善，相关工艺将会完成升级改造， 在诸多新型行业比如大数据等，FPGA将会有更为广泛的应用前景。伴随5G网络的建设， 初期会大量应用FPGA，人工智能等新型的领域也会更多的用到FPGA。]

总结：FPGA依靠硬件来实现所有的功能，速度上可以和专用芯片相比，但设计的灵活度与通用处理器相比有很大的差距

综上，大家应该已经了解了FPGA，类似的概念还有ARM，DSP等，可以继续了解另外几种的概念。