网络信息:FPGA是什么？

今天，我们来讲一些关于FPGA是什么的信息。很多朋友对FPGA是什么的一些信息感兴趣。边肖今天整理了一些资料，希望对有需要的朋友有所帮助。

FPGA是在PAL、GAL等可编程器件基础上进一步发展的产物。它作为一种半定制电路出现在ASIC领域，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有限的缺点。

FPGA(现场可编程门阵列)是在PAL、GAL等可编程器件基础上进一步发展的产物。它作为一种半定制电路出现在ASIC领域，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有限的缺点。

简介

FPGA设计不是简单的芯片研究，主要是利用FPGA模式设计其他行业的产品。与ASIC不同，FPGA广泛应用于通信行业。通过对全球FPGA产品市场和相关供应商的分析，结合我国现状和国内领先的FPGA产品，可以找到未来相关技术的发展方向，对我国科技水平的整体提升起到非常重要的推动作用。

与传统的芯片设计相比，FPGA芯片并不单纯局限于芯片的研究和设计，很多领域的产品都可以借助特定的芯片型号进行优化。从芯片器件的角度来看，FPGA本身构成了半定制电路中典型的集成电路，包括数字管理模块、嵌入式单元、输出单元和输入单元。在此基础上，需要全面聚焦于FPGA芯片的综合芯片优化设计，通过改进当前的芯片设计来增加新的芯片功能，从而简化芯片的整体结构，提高其性能。

基本结构

FPGA是ASIC中的一种半定制电路，是可编程逻辑阵列，可以有效解决原器件门电路数量少的问题。FPGA的基本结构包括可编程输入输出单元、可配置逻辑块、数字时钟管理模块、嵌入式块RAM、布线资源、嵌入式专用硬核、底层嵌入式功能单元。FPGA以其丰富的布线资源、可重复编程、高集成度和低投资等优点，在数字电路设计领域得到了广泛的应用。FPGA的设计过程包括算法设计、代码仿真、设计和板级调试。设计者和实际需求搭建算法架构，用EDA搭建设计方案或者用HD编写设计代码。代码模拟确保设计方案符合实际要求。最后进行板级调试，利用配置电路将相关文件下载到FPGA芯片中，验证实际运行效果。

操作原理

FPGA采用逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)的概念，包括三部分：可配置逻辑块CLB(Configurable Logic Block)、输入输出块IOB(Input Output Block)和互连。现场可编程门阵列(FPGA)是一种可编程器件。与传统的逻辑电路和门阵列(如PAL、GAL和CPLD器件)相比，FPGA具有不同的结构。组合逻辑采用FPGA小查找表(161RAM)实现。每个查找表连接到一个D触发器的输入端，D触发器又驱动其它逻辑电路或驱动I/O，从而形成一个既能实现组合逻辑功能又能实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块。这些模块通过金属线相互连接或与I/O模块连接。FPGA的逻辑是通过将编程数据加载到内部静态存储单元来实现的。存储在存储单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及模块之间或模块与I/O之间的连接方式，最终决定了FPGA能够实现的功能。FPGA允许无限编程。

芯片设计

相对于其他种类的芯片设计，通常需要对FPGA芯片设置更高的门槛，并拟定严格的基本设计流程。在具体的设计中，要紧密结合FPGA的相关原理图，相应地实现了一个大规模的专用芯片设计。利用Matlab和C语言的特殊设计算法，应该可以实现全方位的平滑转换，从而保证符合目前主流的芯片设计思路。在此前提下，如果选择上述设计思路，通常需要重点关注各种组件和相应设计语言的有序集成，从而保证芯片编程的可用性和可读性。利用FPGA可以实现板计算机的调试、代码仿真等相关设计操作，保证当前的代码编写方法和设计方案能够满足具体的设计要求。此外，要把设计算法的合理性放在首位，以达到优化的项目设计效果，优化芯片运行的实际效果。所以作为一个设计人员，首先要做的就是搭建一个特定的算法模块，完成相关的芯片代码设计。这是因为预先设计的代码有助于确保算法的可靠性，并显著优化整体芯片设计效果。在全面完成板计算机的调试和仿真测试的前提下，应该可以从根本上缩短设计整个芯片消耗的周期，同时也致力于优化目前已有的硬件整体结构。例如，在开发一些非标准的硬件接口时，通常会使用上述新产品设计模式。

FPGA设计的主要难点是熟悉硬件系统和内部资源，保证设计的语言能够实现组件之间的有效协调，提高程序的可读性和利用率。这也是事实。

计人员提出了比较高的要求，需要经过多个项目的经验积累才可以达到相关的要求。

在算法设计时需要重点考虑合理性，保证项目最终完成的效果，依据项目的实际情况提出解决问题的方案，提高 FPGA 的运行效率。确定算法后应当合理构建模块，方便后期进行代码设计。在代码设计时可以利用预先设计好的代码，提高工作效率，增强可靠性。编写测试平台，进行代码的仿真测试和班级调试，完成整个设计过程。FPGA 同 ASIC 不同，开发的周期比较短，可以结合设计要求改变硬件的结构，在通信协议不成熟的情况下可以帮助企业迅速推出新产品，满足非标准接口开发的需求。

优缺点

优点

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)。

设计语言及平台

可编程逻辑器件是通过 EDA 技术将电子应用系统的既定功能和技术指标具体实现的硬件载体，FPGA 作为实现这一途径的主流器件之一，具有直接面向用户，灵活性和通用性极大，使用方便，硬 件测试和实现快捷等特点。

硬件描述语言(HDL)是一种用来设计数字逻辑系统和描述数字电路的语言，常用的主要有 VHDL、Verilog HDL、System Verilog 和 System C。

作为一种全方位的硬件描述语言，超高速集成电路硬件描述语言(VHDL)具有与具体硬件电路无关、与设计平台无关的特性，具有宽范围描述能力、不依赖于特定的器件、可将复杂控制逻辑的设计用严谨简洁的代码进行描述等优点，得到众多 EDA 公司的支持，在电子设计领域得到了广泛应用。

VHDL 是一种用于电路设计的高级语言，与其他硬件描述语言相比，其具有语言简洁、灵活性强、不依赖于器件设计等特点，使其成为 EDA 技术通用的硬件描述语言，使 EDA 技术更便于设计者掌握。

Verilog HDL 是广泛应用的硬件描述语言，可以用于硬件设计流 程的建模、综合、模拟等多个阶段。

Verilog HDL 优点：类似 C 语言，上手容易，灵活。大小写敏感。在写激励和建模方面有优势。缺点：很多错误在编译的时候不能被发现。

VHDL 优点：语法严谨，层次结构清晰。缺点：熟悉时间长，不够灵活。

Quartus_Ⅱ软件是由 Altera 公司开发的完整多平台设计环境，能满足各种 FPGA，CPLD 的设计需要，是片上可编程系统设计的综合性环境。

Vivado 设计套件，是 FPGA 厂商赛灵思公司(Xilinx)2012 年发布的集成设计环境。包括高度集成的设计环境和新一代从系统到 IC 级的工具，这些均建立在共享的可扩展数据模型和通用调试环境基础上。Xilinx Vivado 设计套件中提供了 FIFO IP 核，可方便应用于设计中。

近年来，大型的总控系统得到了日益广泛的应用，与之相关的视频分割技术水平也在逐步提高，该技术是把用多屏拼接显示的方式来显示一路视频信号，在一些需要使用大屏幕显示的场景应用广泛。

随着技术水平的进步， 视频分割技术逐步成熟，满足了人们对于清晰视频图像的基本需求、 FPGA 芯片硬件结构比较特殊，可以利用事先编辑的逻辑结构文件调整内部结构，利用约束的文件来调整不同逻辑单元的连接和位置，妥善处理好数据线路径，其自身具有的灵活性和适应性方便用户的开发和应用。在处理视频信号时，FPGA 芯片可以充分利用自身的速度和结构优势，实现兵乓技术和流水线技术。在对外连接的过程中，芯片采用数据并行连接的方式，使图像信息的位宽拓宽，利用内部的逻辑功能提高图像处理的速度。通过高速缓存结构以及时钟管理实现对图像处理以及其他设备的控制。在整体的设计结构中，FPGA 芯片处于核心位置，复杂数据的插值处理以及提取和存储，还起到总体控制的作用，保证系统的稳定运行。另外，视频信息处理与其他数据处理不同，需要芯片具有特殊的逻辑单元以及 RAM 或者 FIFO 单元，保证提高足够的数据传输速度。

以上就是关于FPGA是什么这方面的一些信息了 小编整理的这些讯息希望对童鞋们有所帮助。