FPGA——這個從陌生到熟悉、從高貴到平凡、從神秘到充滿吸引力……電子應用工程師和設計者們開始思考將FPGA應用到各個領域，大規(guī)模、集成高速收發(fā)器的SRAM架構FPGA在通信領域擔負了不可替代的作用，而反熔絲架構的FPGA則是軍事和航空航天領域的首選，F(xiàn)lash架構的FPGA則具有像CPLD一樣的特點，單芯片即可以讓設計者避免配置芯片的諸多考慮，但擁有FPGA優(yōu)于CPLD的一切特性……對，開場白不要太多，這是給熟悉FPGA這個東西的內(nèi)行人看的文章，那么我的觀點可以開門見山，在現(xiàn)代基于FPGA的設計更多考慮的是兩個字：特性。FPGA的功能設計相對固定，可能是某一項，但特性決定您所選的器件是否可以應用到一個行業(yè)！

　　那么回過頭來，考量消費領域的需求是什么，快速的原型開發(fā)、緊縮的上市周期、穩(wěn)定可靠的功能設計、靈活多變的功能需求甚至強調(diào)低碳的功耗分析等，與FPGA早已經(jīng)大規(guī)模占領的通信、軍事、工業(yè)等領域相比，F(xiàn)PGA進入消費領域似乎還是近期的事情，而談到所需的功能，如果FPGA都可以用來控制火箭和衛(wèi)星，那您還懷疑FPGA是否可以實現(xiàn)一臺電冰箱的溫度閉環(huán)監(jiān)控？如果FPGA在通信服務器上面對于光纖通信都應付自如，那您還懷疑它不可以來做一部手機的基帶調(diào)制？但是沒有人或用火箭上面的FPGA來造冰箱，也不會在手機里面選擇通信服務器上面的FPGA型號，很顯然，講到消費品要求的功能應該是很簡單的，比如接口的擴展、電平標準的轉換、邏輯器件的替代等，其次更重要的是特性的評估，小規(guī)模器件的邏輯資源也許完全可以實現(xiàn)手機主板的多個電平標準的轉換，但是您要考慮的是功耗、占位面積、成本、軟錯誤率等諸多因素，這是真正限制您所選擇的器件是否可以做進低功耗手持設備的基本特性要求。

　　ACTEL公司最近利用其獨具優(yōu)勢的IGLOO低功耗產(chǎn)品誕生了幾個消費設計，足以啟發(fā)設計者的大膽思路并證明FPGA已經(jīng)開始將觸角伸向巨大的消費領域。當手機維修工人在頭疼客戶要求更換一款早已停產(chǎn)的手機屏幕的時候，他以為別無選擇，但是擁有ACTEL小尺寸低功耗的IGLOO器件，是的3mm*3mm的器件可以貼在手機的主板與屏幕之間的排線上面，經(jīng)過FPGA接口轉換的TFT時序竟然讓他擺脫了原配手機屏幕的限制，現(xiàn)在他可以換一個任何接口標準的屏幕了；另外一個很有創(chuàng)意的產(chǎn)品來自于韓國三星，一款帶有前后雙屏幕的數(shù)碼相機滿足了喜好自拍的朋友們，相信很多人都已經(jīng)不再懷疑三星的消費品引領潮流的能力，三星在產(chǎn)品設計中大膽引入FPGA的應用也引領了一股技術潮流，這個將背后大屏影像縮放至前面的小屏幕上面的功能是由ACTEL的一款IGLOO低功耗器件完成的，不僅僅如此，您很可以做圖像的反轉等操作，而這一切僅僅耗費電池微安級的電流，甚至在您需要待機時IGLOO可以進入極低的0.2微瓦的FlashFreez休眠模式，而它與動態(tài)狀態(tài)切換僅僅需要您1uS的時間，不會錯過您的精彩瞬間，不是嗎？

　　消費領域的趨勢就是不斷的迅速擴展，在這個領域生存的設計者拼的不僅僅是創(chuàng)意，而且還有速度，反觀半導體的廠商們也勢必將消費品作為必爭之地，然而正如上文所述，消費產(chǎn)品設計的特點是不得不考慮的重要因素，首先將面臨如何快速設計驗證的問題，在設計一個獨一無二的功能創(chuàng)意的時候，F(xiàn)PGA也許是最好的選擇；在找不到一顆通用的全能芯片的時候，F(xiàn)PGA也許是最好的選擇……然而，很多情況，一旦產(chǎn)品化隨著用量的不斷增長使得定制ASIC的方式成為可能，那么設計者在綜合評估之后就有可能開始考慮在FPGA生產(chǎn)燒錄、測試過程中的連續(xù)成本與一次性流片的成本之間做出權衡，ASIC的誕生其實就是這樣的一個過程，然而ASIC的誕生也就意味著FPGA的被替代，這使得FPGA在消費領域一定程度上成為一個過渡的設計方案。

　　然而，F(xiàn)PGA的廠商不會袖手旁觀，事實上FPGA在ASIC的設計過程中本身也是起著原型驗證的作用。最先做出反應的是ACTEL公司，他的反熔絲或Flash架構FPGA得益于掉電非易失的浮柵門結構使得FPGA去掉配置過程、加載過程從而可以實現(xiàn)真正的單芯片，ACTEL公司具備了可以提供裸片的能力，并配套所有的設計資料及參數(shù)，甚至提供出廠的程序燒寫、晶圓測試等服務。在ACTEL的設計加密文件授權技術的支持下，客戶不必擔心知識產(chǎn)權的泄露，而相對于原本長達數(shù)月的全定制的棍型圖ASIC流程，有了ACTEL提供的DIELOT（裸片）產(chǎn)品，客戶可以輕易將原型的設計轉化成產(chǎn)品并通過極少的Bonding費用定制自己的ASIC。ACTEL在全球亦有諸多基于DIELOT設計的案例。而ACTEL即將有計劃進一步改進加工工藝、以提高速度、運算方面的性能，進一步降低能耗，同時完善ACTEL的裸片供應設計服務，ACTEL以Power Matters作為產(chǎn)品規(guī)劃的主線，已經(jīng)瞄準了消費品的廣大領域。

　　ACTEL日前剛剛發(fā)布的一款面向SOC設計的產(chǎn)品——SmartFusion吸引了諸多設計者的關注，將一直討論的FPGA集成度應用問題推進更高的臺階。在電子設計中早就有所謂“三足鼎立”的情況，即MCU的主控功能、FPGA的快速監(jiān)控和通道、DSP的數(shù)據(jù)運算能力。這“三足”形成了一套系統(tǒng)在目前的階段是比較普遍的，然而隨著電子技術的不斷進步，摩爾定律預言了甚大規(guī)模集成電路的輝煌前景，這時SOC的概念被提出了，即在一個芯片上面實現(xiàn)一整套的系統(tǒng)，長遠來看，這是集成電路設計的必然趨勢。歸根到底，一切數(shù)字電路都是由MOS管來構成的，只要規(guī)模足夠大，MOS管的特種排列連接即誕生特定的功能，對于現(xiàn)階段的工藝水平，F(xiàn)PGA內(nèi)嵌MCU或者DSP單元早期以軟核為主，如Altera的NIOS、FFT IP，ACTEL的Cortex-M1、FIR IP等，后來工藝的進步使得芯片設計師在FPGA內(nèi)部直接集成硬核的MCU或DSP，如ACTEL的Cortex-M3等，可見，傳統(tǒng)的多個分離器件現(xiàn)在已經(jīng)為SOC所替代，并可以預見，更多的器件將可以被高度集成。

　　SOC的優(yōu)勢顯而易見，以最具代表性的SmartFusion為例，ACTEL公司選擇與ARM公司的Cortex-M3內(nèi)核——這是一款通用內(nèi)核，并為大多數(shù)設計者所熟悉和使用，平臺的應用將不會有障礙，與此同時，F(xiàn)PGA與ARM利用半導體工藝內(nèi)部互聯(lián)，通過總帶寬16Gbps的AHB總線掛接，設計人員不再擔心這部分電路的信號完整性問題，也不必再擔心PCB的走線布線問題等。然而，SmartFusion做到的還不止這些，包括Cortex-M3的以太網(wǎng)、SPI、UART、IIC、EMC等外設也是ACTEL公司精心配備的，而調(diào)試環(huán)境都可以方便的集成在ACTEL的IDE中，使用ACTEL的Flashpro4下載器即可同時調(diào)試FPGA和ARM內(nèi)核，客戶可以像使用通用ARM那樣靈活調(diào)用而不占用FPGA的任何邏輯資源。當然，更重要的，SmartFusion甚至集成了可編程模擬部分包括ADC以及DAC、內(nèi)部高速比較器等，真正的為引領“模數(shù)混合”的融合系統(tǒng)提供典范。SmartFusion已經(jīng)成功應用于多個領域，如PPS公司的ATCA及xTCA先進的電信運算架構中，承擔系統(tǒng)的管理與多路信號監(jiān)測功能。

　　所以，不可否認，F(xiàn)PGA將成為電子產(chǎn)業(yè)中迅速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，從設計FPGA的角度，屬于集成電路設計的范疇，從應用角度，F(xiàn)PGA將逐步成為數(shù)字電路設計中的主體。然而，F(xiàn)PGA的使用尚未真正的鋪開，并不像MCU或DSP一樣應用的普遍，究其原因，我認為還主要在于設計者的意識和思路上面。隨著FPGA應用門檻的降低，結合各個FPGA的廠商發(fā)展優(yōu)秀的增值分銷商、大學計劃等來推廣的形勢，可以說數(shù)字電路設計者迎來了一個FPGA應用的美好時代。如周立功公司推廣ACTEL系列產(chǎn)品，從諸多基礎的知識入手，從集成開發(fā)環(huán)境、設計流程、編程語言、學習套件、應用案例等多方面幫助設計者學習和熟悉FPGA，甚至推出貼合設計者實際應用的邏輯分析儀用以數(shù)字電路的測試。所以，現(xiàn)在FPGA的設計已經(jīng)不再是毫無頭緒的“新貴”，而應該成為每一個設計者的得力助手。