什么是FPGA 关于FPGA的介绍

Posted 2023-04-14

1、FPGA（Field Programmable Gate Array）是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，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数有限的缺点。

2、简介：FPGA设计不是简单的芯片研究，主要是利用 FPGA 的模式进行其他行业产品的设计。 与 ASIC 不同，FPGA在通信行业的应用比较广泛。通过对全球FPGA产品市场以及相关供应商的分析，结合当前我国的实际情况以及国内领先的FPGA产品可以发现相关技术在未来的发展方向，对我国科技水平的全面提高具有非常重要的推动作用。

3、与传统模式的芯片设计进行对比，FPGA 芯片并非单纯局限于研究以及设计芯片，而是针对较多领域产品都能借助特定芯片模型予以优化设计。从芯片器件的角度讲，FPGA 本身构成 了半定制电路中的典型集成电路，其中含有数字管理模块、内嵌式单元、输出单元以及输入单元等。在此基础上，关于FPGA芯片有必要全面着眼于综合性的芯片优化设计，通过改进当前的芯片设计来增设全新的芯片功能，据此实现了芯片整体构造的简化与性能提升。 参考技术A FPGA是Field Programmable Gate Array的简称，中文名称为现场可编程门阵列，是一种可编程器件，是在PAL(可编程逻辑阵列)、GAL(通用阵列逻辑)、CPLD(复杂可编程逻辑器件)等传统逻辑电路和门阵列的基础上发展起来的一种半定制电路，主要应用于ASIC(专用集成电路)领域，既解决了半定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。 参考技术B FPGA设计不是简单的芯片研究，主要是利用 FPGA 的模式进行其他行业产品的设计。 与 ASIC 不同，FPGA在通信行业的应用比较广泛。通过对全球FPGA产品市场以及相关供应商的分析，结合当前我国的实际情况以及国内领先的FPGA产品可以发现相关技术在未来的发展方向，对我国科技水平的全面提高具有非常重要的推动作用。 [2]
与传统模式的芯片设计进行对比，FPGA 芯片并非单纯局限于研究以及设计芯片，而是针对较多领域产品都能借助特定芯片模型予以优化设计。从芯片器件的角度讲，FPGA 本身构成 了半定制电路中的典型集成电路，其中含有数字管理模块、内嵌式单元、输出单元以及输入单元等。在此基础上，关于FPGA芯片有必要全面着眼于综合性的芯片优化设计，通过改进当前的芯片设计来增设全新的芯片功能，据此实现了芯片整体构造的简化与性能提升。 参考技术C FPGA（Field Programmable Gate Array）是现场可编程门阵列的简称。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路，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数有限的缺点。用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实现用户的需求。它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。支持对设备中的大量电气功能进行更改；可由设计工程师更改；可在 PCB 装配过程中更改，也可在设备发运到客户手中后“现场”更改。 参考技术D FPGA（Field Programmable Gate Array）是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，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数有限的缺点。

关于PIC和FPGA

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PIC：Peripheral Interface Controller。

FPGA：Field Programmable Gate Array。

关于二者：

区别：

FPGA是逻辑门器件，可以配置成为并行逻辑模块。FPGA最大优点是并行处理。例如构建一百个与非门，FPGA可以在一个周期同时完成信号输出。
PIC是controller类型，执行process，例如C语言程序。之所以称之为process，是因为这个程序是一条接着一条执行的，无法同时执行。所以即使可以给100个信号求与非，它们的输出也是一个一个输出的，不会像fpga一样同时输出。

优缺点：

fpga的优点是并行结构处理小逻辑非常迅速，而且可以构建非常多的并行模块。曾经做过一个项目就是需要20路并行SPI通信接口的，只能用fpga。因为pic系列一般只有2-3个SPI模块。

另外，fpga的引脚十分灵活，真正做到了设计电路时不需要考虑接线。因为fpga引脚功能都可以编程完成。pic虽然也提供了各种IO口的分配方式，但不是完全随意，仍然有一些限制。

fpga缺点是价格较高，处理process的能力不如pic强。另外，pic的外设非常丰富，这也是fpga不足的地方。一般的单片机都有adc（甚至dac），内部flash，超级多的timer，pwm生成器，比较器等等。可以说，随便买一块pic，这些外设都是有的。但是fpga的话外设很少（也可以买带有外设的，不过贵），一般flash、adc都必须用户买芯片自己配置。

移植性：

pic的程序基本上可以完全用fpga来做。但是fpga能做的pic不一定能做。
fpga目前有软核可以使用，使得c语言编程成为可能。软核就是利用hdl语言在fpga内部用逻辑电路搭出一个控制器，用于实现process。并且这个控制器的IO口可以根据用户自己定义。不过软核也有缺点，就是速度还不够快，优化做的不如pic好。而且fpga软核的使用价格也很高。

个人经验：

pic系列的做控制系统，功能已经完全足够了。一般情况下不需要用到fpga。当信号非常多，非常复杂的时候，一般采取fpga+controller的方式。fpga作为状态机、片选、外设接口来用，controller执行程序。

在执行process效率不需要太高、并行接口较多、或者需要电路非常灵活的情况下，选择fpga作为开发还是不错的。只是考虑到软核价格的问题，一般只能做开发。

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作者：杭州卿萃科技ALIFPGA

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