FPGA入門知識(shí)，什么是FPGA？

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、EPLD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采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個(gè)新概念，內(nèi)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(nèi)部連線（Interconnect）三個(gè)部分。FPGA的基本特點(diǎn)主要有：

1）采用FPGA設(shè)計(jì)ASIC電路，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。

2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。

3）FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I／O引腳。

4）FPGA是ASIC電路中設(shè)計(jì)周期最短、開發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險(xiǎn)最小的器件之一。

5）FPGA采用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。

可以說，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。

目前FPGA的品種很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。

FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此，工作時(shí)需要對(duì)片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。

加電時(shí)，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，配置完成后，F(xiàn)PGA進(jìn)入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復(fù)使用。FPGA的編程無(wú)須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當(dāng)需要修改FPGA功能時(shí)，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活。

FPGA有多種配置模式：并行主模式為一片F(xiàn)PGA加一片EPROM的方式；主從模式可以支持一片PROM編程多片F(xiàn)PGA；串行模式可以采用串行PROM編程FPGA；外設(shè)模式可以將FPGA作為微處理器的外設(shè)，由微處理器對(duì)其編程。

以各種類型的FPGA芯片加上實(shí)驗(yàn)開發(fā)需要的外圍通用電路，結(jié)合實(shí)驗(yàn)程序，就形成FPGA開發(fā)板，可以高效快速學(xué)習(xí)FPGA開發(fā)。

ASIC(Application Specific Integrated Circuit)是專用集成電路。

目前，在集成電路界ASIC被認(rèn)為是一種為專門目的而設(shè)計(jì)的集成電路。是指應(yīng)特定用戶要求和特定電子系統(tǒng)的需要而設(shè)計(jì)、制造的集成電路。ASIC的特點(diǎn)是面向特定用戶的需求，ASIC在批量生產(chǎn)時(shí)與通用集成電路相比具有體積更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增強(qiáng)、成本降低等優(yōu)點(diǎn)。

ASIC分為全定制和半定制。全定制設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)者完成所有電路的設(shè)計(jì)，因此需要大量人力物力，靈活性好但開發(fā)效率低下。如果設(shè)計(jì)較為理想，全定制能夠比半定制的ASIC芯片運(yùn)行速度更快。半定制使用庫(kù)里的標(biāo)準(zhǔn)邏輯單元(Standard Cell)，設(shè)計(jì)時(shí)可以從標(biāo)準(zhǔn)邏輯單元庫(kù)中選擇SSI(門電路)、MSI(如加法器、比較器等)、數(shù)據(jù)通路(如ALU、存儲(chǔ)器、總線等)、存儲(chǔ)器甚至系統(tǒng)級(jí)模塊(如乘法器、微控制器等)和IP核，這些邏輯單元已經(jīng)布局完畢，而且設(shè)計(jì)得較為可靠，設(shè)計(jì)者可以較方便地完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

現(xiàn)代ASIC常包含整個(gè)32-bit處理器,類似ROM、RAM、EEPROM、Flash的存儲(chǔ)單元和其他模塊. 這樣的ASIC常被稱為SoC(片上系統(tǒng))。

FPGA是ASIC的近親，一般通過原理圖、VHDL對(duì)數(shù)字系統(tǒng)建模，運(yùn)用EDA軟件仿真、綜合，生成基于一些標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的網(wǎng)絡(luò)表，配置到芯片即可使用。它與ASIC的區(qū)別是用戶不需要介入芯片的布局布線和工藝問題，而且可以隨時(shí)改變其邏輯功能，使用靈活。

FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）是專用集成電路（ASIC）中集成度最高的一種，用戶可對(duì)FPGA內(nèi)部的邏輯模塊和I/O模塊重新配置，以實(shí)現(xiàn)用戶的邏輯，因而也被用于對(duì)CPU的模擬。用戶對(duì)FPGA的編程數(shù)據(jù)放在Flash芯片中，通過上電加載到FPGA中，對(duì)其進(jìn)行初始化。也可在線對(duì)其編程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在線重構(gòu)，這一特性可以構(gòu)建一個(gè)根據(jù)計(jì)算任務(wù)不同而實(shí)時(shí)定制的CPU，這是當(dāng)今研究的熱門領(lǐng)域。