【FPGA】相關介紹

什麼是 FPGA ?
FPGA是Field Programmable Gate Array的縮寫，即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是做爲專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定製電路而出現的，既解決了定製電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。FPGA採用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個新概念，內部包括可配置邏輯模塊CLB（Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊IOB（Input Output Block）和內部連線（Interconnect）三個部分。能夠支持一片PROM編程多片FPGA；串行模式能夠採用串行PROM編程FPGA；外設模式能夠將FPGA做爲微處理器的外設，由微處理器對其編程。

什麼是 CPU ？
中央處理單元(Central Processing Unit)，是整個系統的核心，也是整個系統最高的執行單位。它負責整個系統指令的執行，數學與邏輯的運算，數據的存儲與傳送，以及對內對外輸入與輸出的控制。

什麼是 MCU（單片機）？

微控制單元(Microcontroller Unit；MCU) ，又稱單片微型計算機(Single Chip Microcomputer )或者單片機，是把中央處理器(Central Process Unit；CPU)的頻率與規格作適當縮減，並將內存(memory)、計數器(Timer)、USB、A/D轉換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅動電路都整合在單一芯片上，造成芯片級的計算機，爲不一樣的應用場合作不一樣組合控制。諸如手機、PC外圍、遙控器，至汽車電子、工業上的步進馬達、機器手臂的控制等，均可見到MCU的身影。

什麼是 ASIC ?

ASIC(Application Specific Integrated Circuits，專用集成電路)，是指應特定用戶要求或特定電子系統的須要而設計、製造的集成電路。

 

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能夠這樣說，

• CPU不用說了，就是用於處理數據的已經固化的數字電路；
• MCU裏邊裝了個CPU還有其它各個外設，這個都是已經做死了的，不能再修改；
• ASIC是針對特定用途，作好了相應的電路邏輯，而後在裏邊做死了，不能更改；
• 而FPGA裏邊全是可以構成數字電路的資源，

1. 自由：能夠用它構建CPU（資源足夠的話能夠構建不少個同時用都行），構建純數字外設（也能夠結合外部構建數模混合等）。
2. 靈活：而它的資源是能夠用畫電路圖的方式來配置的（可反覆擦寫），而這種方法沒有代碼的方式好，因此如今基本上都是用HDL語言來描述它內部數字電路（注意，是描述，至關於畫電路）。而其它三種都是固定的內部邏輯，不能更改。
3. 強大：因此FPGA能夠作出一些芯片的功能，也能夠把單片機在其內部實現，這樣假設一塊板上是單片機和一堆數字芯片的話，就能夠用一片FPGA芯片來實現整個系統了。
4. 高速：並且單片機的速度低，最高100多兆，而FPGA輕鬆上幾百，是單片機可望不可即的。

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工做原理

FPGA採用了邏輯單元陣列LCA(Logic Cell Array)這樣一個概念，內部包括 可配置邏輯模塊CLB(Configurable Logic Block)、輸出輸入模塊IOB(Input Output Block)和內部連線(Interconnect)三個部分。 現場可編程門陣列(FPGA)是可編程器件，與傳統邏輯電路和門陣列(如PAL，GAL及CPLD器件)相比，FPGA具備不一樣的結構。FPGA利用小型查找表(16×1RAM)來實現組合邏輯，每一個查找錶鏈接到一個D觸發器的輸入端，觸發器再來驅動其餘邏輯電路或驅動I/O，由此構成了既可實現組合邏輯功能又可實現時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鏈接或鏈接到I/O模塊。FPGA的邏輯是經過向內部靜態存儲單元加載編程數據來實現的，存儲在存儲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間的聯接方式，並最終決定了FPGA所能實現的功能，FPGA容許無限次的編程。

FPGA基本特色：

1) 採用FPGA設計ASIC電路(專用集成電路)，用戶不須要投片生產，就能獲得合用的芯片。

2) FPGA可作其它全定製或半定製ASIC電路的中試樣片。

3) FPGA內部有豐富的觸發器和I/O引腳。

4) FPGA是ASIC電路中設計週期最短、開發費用最低、風險最小的器件之一。

5) FPGA採用高速CMOS工藝，功耗低，能夠與CMOS、TTL電平兼容。

應用方向/領域

1. IC設計的功能驗證
2. 邏輯粘合與實時控制
3. 協議實現與信號處理
4. 片上系統（SoC）
5. 具體的用途
6. 佔有的份額

將來的趨勢

1. 最早進的生產工藝普遍應用於以FPGA爲表明的可編程邏輯器件
2. 愈來愈多的FPGA產品將包含CPU或DSP內核
3. 傳統ASIC和FPGA進一步融合
4. 低成本的FPGA密度愈來愈高，價格愈來癒合理

 [掌握FPGA能夠找到一份很好的工做，對於有經驗的工做人員，使用FPGA可讓設計變得很是有靈活性。掌握了FPGA設計，單板硬件設計就很是容易(不是系統設計)，特別是上大學時如同天書的邏輯時序圖，看起來就很是親切。但FPGA入門卻有必定難度，由於它不像軟件設計，只要有一臺計算機，幾乎就能夠完成全部的設計。FPGA設計與硬件直接相關，須要實實在在的調試儀器，譬如示波器等。這些硬件設備通常比較昂貴，這就形成必定的入門門檻，新人在入門時遇到一點問題或者困難，因爲沒有調試設備，沒法定位問題，最後可能就會放棄。其實這時若是有人稍微指點一下，這個門檻很容易就過去。]本段轉自http://www.21ic.com/wyzt/201208/135414_2.htm

實際上之前FPGA對你們形成的價格貴的概念根深蒂固了，其實如今價格也愈來愈平民了，甚至低於一些單片機。

開發流程

　　1.功能定義/器件選型

　　2.設計輸入

　　3.功能仿真

　　4.綜合優化

　　5.綜合後仿真

　　6. 實現與佈局佈線

　　7.時序仿真

　　8. 板級仿真與驗證

　　9.芯片編程與調試

廠商/工具

1. Xilinx
2. Altera
3. Lattice
4. （Actel）
5. （atmel） 

開發語言

• verilogHDL　　最經常使用的，容易入門，和C語言長的像
• VHDL