fpga有什么用

　　FPGA是英文Field－Programmable Gate Array的縮寫，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，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電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。

　　FPGA的用途如下：

　　電路設(shè)計(jì)：連接邏輯，控制邏輯是FPGA早期發(fā)揮作用比較大的領(lǐng)域也是FPGA應(yīng)用的基石，這也是FPGA的一個(gè)重要作用。

　　產(chǎn)品設(shè)計(jì)：把相對(duì)成熟的技術(shù)應(yīng)用到某些特定領(lǐng)域如通訊，視頻，信息處理等等開發(fā)出滿足行業(yè)需要并能被行業(yè)客戶接受的產(chǎn)品這方面主要是FPGA技術(shù)和專業(yè)技術(shù)的結(jié)合問題，另外還有就是與專業(yè)客戶的界面問題產(chǎn)品設(shè)計(jì)還包括專業(yè)工具類產(chǎn)品及民用產(chǎn)品，前者重點(diǎn)在性能，后者對(duì)價(jià)格敏感產(chǎn)品設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能為主要目的，F(xiàn)PGA技術(shù)是一個(gè)實(shí)現(xiàn)手段在這個(gè)領(lǐng)域，F(xiàn)PGA因?yàn)榫邆?a target="_blank">接口，控制，功能IP，內(nèi)嵌CPU等特點(diǎn)有條件實(shí)現(xiàn)一個(gè)構(gòu)造簡(jiǎn)單，固化程度高，功能全面的系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)將是FPGA技術(shù)應(yīng)用最廣大的市場(chǎng)。

　　系統(tǒng)級(jí)的應(yīng)用：系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用是FPGA與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一種FPGA版的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)如用Xilinx　V-4，V-5系列的FPGA，實(shí)現(xiàn)內(nèi)嵌POWER　PC　CPU，然后再配合各種外圍功能，實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本環(huán)境，在這個(gè)平臺(tái)上跑LINUX等系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)也就支持各種標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)和功能接口（如圖象接口）了這對(duì)于快速構(gòu)成FPGA大型系統(tǒng)來(lái)講是很有幫助的。

　　目前以硬件描述語(yǔ)言（Verilog 或 VHDL）所完成的電路設(shè)計(jì)，可以經(jīng)過簡(jiǎn)單的綜合與布局，快速的燒錄至 FPGA 上進(jìn)行測(cè)試，是現(xiàn)代 IC 設(shè)計(jì)驗(yàn)證的技術(shù)主流。這些可編輯元件可以被用來(lái)實(shí)現(xiàn)一些基本的邏輯門電路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更復(fù)雜一些的組合功能比如解碼器或數(shù)學(xué)方程式。在大多數(shù)的FPGA里面，這些可編輯的元件里也包含記憶元件例如觸發(fā)器（Flip－flop）或者其他更加完整的記憶塊。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以根據(jù)需要通過可編輯的連接把FPGA內(nèi)部的邏輯塊連接起來(lái)，就好像一個(gè)電路試驗(yàn)板被放在了一個(gè)芯片里。一個(gè)出廠后的成品FPGA的邏輯塊和連接可以按照設(shè)計(jì)者而改變，所以FPGA可以完成所需要的邏輯功能。

　　FPGA一般來(lái)說比ASIC（專用集成芯片）的速度要慢，無(wú)法完成復(fù)雜的設(shè)計(jì)，而且消耗更多的電能。但是他們也有很多的優(yōu)點(diǎn)比如可以快速成品，可以被修改來(lái)改正程序中的錯(cuò)誤和更便宜的造價(jià)。廠商也可能會(huì)提供便宜的但是編輯能力差的FPGA。因?yàn)檫@些芯片有比較差的可編輯能力，所以這些設(shè)計(jì)的開發(fā)是在普通的FPGA上完成的，然后將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移到一個(gè)類似于ASIC的芯片上。另外一種方法是用CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件備）。

　　FPGA工作原理

　　FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個(gè)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(gè)部分。 現(xiàn)場(chǎng)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(gòu)。FPGA利用小型查找表（16×1RAM）來(lái)實(shí)現(xiàn)組合邏輯，每個(gè)查找表連接到一個(gè)D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來(lái)驅(qū)動(dòng)其他邏輯電路或驅(qū)動(dòng)I/O，由此構(gòu)成了既可實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能又可實(shí)現(xiàn)時(shí)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(chǔ)單元加載編程數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無(wú)限次的編程。

　　FPGA的行業(yè)應(yīng)用

　　視頻分割系統(tǒng)

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

　　隨著技術(shù)水平的進(jìn)步， 視頻分割技術(shù)逐步成熟，滿足了人們對(duì)于清晰視頻圖像的基本需求、 FPGA 芯片硬件結(jié)構(gòu)比較特殊，可以利用事先編輯的邏輯結(jié)構(gòu)文件調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)，利用約束的文件來(lái)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(yīng)性方便用戶的開發(fā)和應(yīng)用。在處理視頻信號(hào)時(shí)，F(xiàn)PGA芯片可以充分利用自身的速度和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)兵乓技術(shù)和流水線技術(shù)。在對(duì)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(gòu)以及時(shí)鐘管理實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像處理以及其他設(shè)備的控制。在整體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)PGA芯片處于核心位置，復(fù)雜數(shù)據(jù)的插值處理以及提取和存儲(chǔ)，還起到總體控制的作用，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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。

　　數(shù)據(jù)延遲器和存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

　　FPGA具有可編程的延遲數(shù)字單元，在通信系統(tǒng)和各類電子設(shè)備中有著比較廣泛的應(yīng)用，比如同步通信系統(tǒng)，時(shí)間數(shù)值化系統(tǒng)等，主要的設(shè)計(jì)方法包括數(shù)控延遲線法，存儲(chǔ)器法，計(jì)數(shù)器法等，其中存儲(chǔ)器法主要是利用 FPGA的RAM或者FIFO實(shí)現(xiàn)的。

　　利用 FPGA 對(duì)SD卡相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫可以依據(jù)具體算法的需求低FPGA芯片開展編程，更加實(shí)際情況的變化實(shí)現(xiàn)讀寫操作的不斷更新。這種模式之下只需要利用原有的芯片便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)SD卡的有效控制，明顯降低了系統(tǒng)的成本。

　　通信行業(yè)

　　通常情況下，通信行業(yè)綜合考慮成本以及運(yùn)營(yíng)等各方面的因素，在終端設(shè)備數(shù)量比較多的位置，F(xiàn)PGA的用量比較大，基站最適合使用FPGA，基站幾乎每一塊板子都需要使用FPGA芯片，而且型號(hào)比較高端，可以處理復(fù)雜的物理協(xié)議，實(shí)現(xiàn)邏輯控制。同時(shí)，由于基站的邏輯鏈路層，物理層的協(xié)議部分需要定期更新，也比較適合采用FPGA技術(shù)。目前，F(xiàn)PGA主要在通信行業(yè)的建設(shè)初期和中期應(yīng)用，后期逐步被ASIC替代。

　　其它應(yīng)用

　　FPGA在安防，工業(yè)等領(lǐng)域也有著比較廣泛的應(yīng)用，比如安防領(lǐng)域的視頻編碼解碼等協(xié)議在前端數(shù)據(jù)采集和邏輯控制的過程中可以利用FPGA處理。工業(yè)領(lǐng)域主要采用規(guī)模較小的FPGA，滿足靈活性的需求。另外，由于 FPGA具有比較高的可靠性，因此在軍工以及航天領(lǐng)域也有比較廣泛的應(yīng)用。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷完善，相關(guān)工藝將會(huì)完成升級(jí)改造， 在諸多新型行業(yè)比如大數(shù)據(jù)等，F(xiàn)PGA將會(huì)有更為廣泛的應(yīng)用前景。伴隨5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)， 初期會(huì)大量應(yīng)用FPGA，人工智能等新型的領(lǐng)域也會(huì)更多的用到FPGA。