fpga是什么意思（FPGA是什么）

现场可编程门阵列(FPGA)技术正呈现出不断发展的趋势。当Xilinx在1984年首次创建FPGA时，它是一个简单的胶合逻辑芯片，但现在它已经取代了信号处理和控制应用中的定制ASIC和处理器。这项技术的成功之处是什么？本文将主要介绍FPGA，并重点介绍FPGA的独特优势。

1.什么是FPGA？

在最高层次上，FPGA是一个可重编程的硅芯片。使用预先构建的逻辑块和可重编程的布线资源，用户可以配置这些芯片来实现定制的硬件功能，而无需使用电路测试板或烙铁。在用户软件中开发数字计算任务，并将其编译成配置文件或比特流，其中包含有关组件互连的信息。此外，FPGA可以完全重新配置，当用户重新编译不同的电路配置时，可以立即呈现新的特性。过去，只有熟悉数字硬件设计的工程师才知道如何使用FPGA技术。然而，高级设计工具的兴起正在改变FPGA编程的方式，其中新兴的技术可以将图形程序框图，甚至C代码转换为数字硬件电路。

FPGA芯片在各行各业的采用源于FPGA最大的优势，它结合了ASIC和基于处理器的系统。FPGA可以提供硬件定时的速度和稳定性，它不不需要像定制ASIC设计的巨额前期成本那样的大规模投资。可重编程硅芯片的灵活性可与基于处理器的系统上运行的软件相媲美，但它不受可用处理器内核数量的限制。与处理器不同，FPGA是真正的并行实现，因此不同的处理操作不需要竞争相同的资源。每个独立的处理任务都配有专用的芯片部分，可以独立运行，不受其他逻辑块的影响。因此，当添加更多处理任务时，其他应用程序的性能不会受到影响。

2.FPGA技术的五大优势

性能、上市时间、成本、稳定性、长期维护

性能——利用硬件并行性，FPGA打破顺序执行模式，在每个时钟周期完成更多的处理任务，超越数字信号处理器(DSP)的计算能力。知名分析和基准测试公司BDTI公布的基准测试表明，在某些应用中，FPGA每美元的处理能力是DSP解决方案的许多倍。2在硬件级别控制输入和输出(I/O)可提供更快的响应时间和满足应用要求的专用功能。

上市时间——尽管上市时间受到越来越多的限制，但FPGA技术仍然提供了灵活性和快速原型制作能力。用户可以测试一个想法或概念，并在硬件中验证它，而无需定制ASIC设计的漫长制造过程。因此，用户可以在几个小时内完成逐步修改和FPGA设计迭代，节省数周时间。现成的(COTS)硬件可以提供连接到用户可编程FPGA芯片的不同类型的I/O。高级软件工具的日益普及降低了学习曲线和抽象层，往往会提供有用的IP核(预置功能)来实现高级控制和信号处理。

成本——定制ASIC设计的非经常性工程(NRE)成本远远超过基于FPGA的硬件解决方案的成本。ASIC设计前期的巨大投入表明，OEM厂商每年需要运输成千上万的芯片，但更多的终端用户需要定制硬件功能来实现几十到几百个系统的开发。可编程芯片的特性意味着用户可以节省制造成本和较长的交付和组装时间。系统的要求会不时改变，但改变FPGA设计的成本与ASCI的巨大成本相比是微不足道的。

稳定性-软件工具提供编程环境，而FPGA电路才是真正的硬程序设计的执行过程。基于处理器的系统通常包含多个抽象层，这些抽象层可以在多个进程之间规划任务和共享资源。驱动程序层控制硬件资源，而操作系统管理处理器的内存和带宽。对于任何给定的处理器内核，一次只能执行一条指令，基于处理器的系统总是面临严格限时任务相互占用的风险。而FPGA不使用操作系统，有真正确定性的硬件，可以并行执行，专注于每个任务，可以降低稳定性问题的可能性。

长期维护——如上所述，FPGA芯片可现场升级，无需重新设计ASIC所需的时间和费用。例如，数字通信协议包含可随时间变化的规范，而基于ASIC的接口可能会在维护和向前兼容性方面造成困难。可重新配置的FPGA芯片可以适应未来的修改。随着产品或系统的成熟，用户可以增强其功能，而无需花费时间重新设计硬件或修改电路板布局。

3.摘要

随着更高级工具的不断完善，可重编程的硅片已经被带到各种专业水平的工程师和科学家面前，FPGA技术得到了广泛的应用。