FPGA代表現(xiàn)場可編程門陣列，它是一種半導體邏輯芯片，可編程成幾乎任何類型的系統(tǒng)或數(shù)字電路，類似于PLD。PLD僅限于數(shù)百個門，但FPGA支持數(shù)千個門。FPGA架構的配置通常使用語言來指定，即HDL（硬件描述語言），其類似于用于ASIC（專用集成電路）的語言。

與固定功能ASIC技術（如標準單元）相比，F(xiàn)PGA可提供許多優(yōu)勢。通常，ASIC需要數(shù)月才能制造出來，并且它們的成本將達到數(shù)千美元才能獲得該設備。但是，F(xiàn)PGA的制造時間不到一秒鐘，成本從幾美元到一千美元不等。FPGA的靈活性在很大程度上降低了成本，功耗和延遲。與標準單元ASIC相比， FPGA需要20到35倍的面積，速度性能比ASIC慢3到4倍。本文介紹了FPGA的基礎知識和FPGA架構模塊，包括I / O焊盤，邏輯塊和開關矩陣。FPGA是VLSI的一些新興趨勢領域。

FPGA架構

通用FPGA架構由三種類型的模塊組成。它們是I / O塊或焊盤，開關矩陣/互連線和可配置邏輯塊（CLB）?；綟PGA架構具有二維邏輯塊陣列，其具有用于用戶安排邏輯塊之間的互連的裝置。下面討論FPGA架構模塊的功能：

CLB（可配置邏輯塊）包括數(shù)字邏輯，輸入和輸出。它實現(xiàn)了用戶邏輯。

互連提供邏輯塊之間的方向以實現(xiàn)用戶邏輯。

根據邏輯，開關矩陣提供互連之間的切換。

用于外部世界的I / O墊與不同的應用程序通信。

邏輯塊包含 MUX（多路復用器），D觸發(fā)器和LUT。LUT實現(xiàn)了組合邏輯功能； MUX用于選擇邏輯，D觸發(fā)器存儲LUT的輸出。

FPGA的基本構建模塊是基于查找表的函數(shù)發(fā)生器。LUT的輸入數(shù)量從3，4，6變化，甚至在實驗后變?yōu)??，F(xiàn)在，我們有自適應LUT，每個LUT提供兩個輸出，并實現(xiàn)兩個函數(shù)發(fā)生器。

Xilinx Virtex-5是最受歡迎的FPGA，它包含一個與MUX連接的查找表（LUT）一個如上所述的觸發(fā)器。目前的FPGA由大約數(shù)百或數(shù)千個可配置邏輯塊組成。對于配置FPGA，Modelsim和Xilinx ISE軟件用于生成比特流文件和用于開發(fā)。

基于應用的FPGA類型

現(xiàn)場可編程門陣列基于低端FPGA，中檔FPGA和高端FPGA等應用分為三類。

低端FPGA

這些類型的FPGA設計用于低功耗，低邏輯密度和每芯片低復雜度。低端FPGA的例子是Altera的Cyclone系列，Xilinx的Spartan系列，Microsemi的融合系列和萊迪思半導體的Mach XO / ICE40。

中端FPGA

這些類型的FPGA是低端和高端FPGA之間的最佳解決方案，它們是在性能和成本之間取得平衡而開發(fā)的。中端FPGA的示例是來自Altera的Arria，來自Xlinix的Artix-7 / Kintex-7系列，來自Microsemi的IGL002和來自萊迪思半導體的ECP3和來自萊迪思半導體的ECP5系列。

高端FPGA

這些類型的FPGA是為邏輯密度和高性能而開發(fā)的。高端FPGA的例子有Altera的Stratix系列，Xilinx的Virtex系列，Achronix的Speedster 22i系列和Microsemi的ProASIC3系列。

FPGA的應用：

FPGA在過去十年中獲得了快速增長，因為它們適用于廣泛的應用。FPGA的具體應用包括數(shù)字信號處理，生物信息學，設備控制器，軟件定義無線電，隨機邏輯，ASIC原型設計，醫(yī)學成像，計算機硬件仿真，集成多個SPLD，語音識別，加密，過濾和通信編碼等等。

通常，F(xiàn)PGA保留用于生產量較小的特定垂直應用。對于這些小批量應用，頂級公司支付每單位硬件成本。如今，新的性能動態(tài)和成本擴展了可行的應用范圍。

一些更常見的FPGA應用包括：航空航天和國防，醫(yī)療電子，ASIC原型，音頻，汽車，廣播，消費電子，分布式貨幣系統(tǒng)，數(shù)據中心，高性能計算，工業(yè)，醫(yī)療，科學儀器，安全系統(tǒng)，視頻和圖像處理，有線通信，無線通信。
責任編輯:tzh