fpga做什么用_FPGA的行業(yè)應用

　　fpga有什么用

　　FPGA是英文Field－Programmable Gate Array的縮寫，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領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。

　　FPGA的用途如下：

　　電路設計：連接邏輯，控制邏輯是FPGA早期發(fā)揮作用比較大的領域也是FPGA應用的基石，這也是FPGA的一個重要作用。

　　產(chǎn)品設計：把相對成熟的技術應用到某些特定領域如通訊，視頻，信息處理等等開發(fā)出滿足行業(yè)需要并能被行業(yè)客戶接受的產(chǎn)品這方面主要是FPGA技術和專業(yè)技術的結(jié)合問題，另外還有就是與專業(yè)客戶的界面問題產(chǎn)品設計還包括專業(yè)工具類產(chǎn)品及民用產(chǎn)品，前者重點在性能，后者對價格敏感產(chǎn)品設計以實現(xiàn)產(chǎn)品功能為主要目的，F(xiàn)PGA技術是一個實現(xiàn)手段在這個領域，F(xiàn)PGA因為具備接口，控制，功能IP，內(nèi)嵌CPU等特點有條件實現(xiàn)一個構(gòu)造簡單，固化程度高，功能全面的系統(tǒng)產(chǎn)品設計將是FPGA技術應用最廣大的市場。

　　系統(tǒng)級的應用：系統(tǒng)級應用是FPGA與傳統(tǒng)的計算機技術結(jié)合，實現(xiàn)一種FPGA版的計算機系統(tǒng)如用Xilinx　V-4，V-5系列的FPGA，實現(xiàn)內(nèi)嵌POWER　PC　CPU，然后再配合各種外圍功能，實現(xiàn)一個基本環(huán)境，在這個平臺上跑LINUX等系統(tǒng)，這個系統(tǒng)也就支持各種標準外設和功能接口（如圖象接口）了這對于快速構(gòu)成FPGA大型系統(tǒng)來講是很有幫助的。

　　目前以硬件描述語言（Verilog 或 VHDL）所完成的電路設計，可以經(jīng)過簡單的綜合與布局，快速的燒錄至 FPGA 上進行測試，是現(xiàn)代 IC 設計驗證的技術主流。這些可編輯元件可以被用來實現(xiàn)一些基本的邏輯門電路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更復雜一些的組合功能比如解碼器或數(shù)學方程式。在大多數(shù)的FPGA里面，這些可編輯的元件里也包含記憶元件例如觸發(fā)器（Flip－flop）或者其他更加完整的記憶塊。

　　系統(tǒng)設計師可以根據(jù)需要通過可編輯的連接把FPGA內(nèi)部的邏輯塊連接起來，就好像一個電路試驗板被放在了一個芯片里。一個出廠后的成品FPGA的邏輯塊和連接可以按照設計者而改變，所以FPGA可以完成所需要的邏輯功能。

　　FPGA一般來說比ASIC（專用集成芯片）的速度要慢，無法完成復雜的設計，而且消耗更多的電能。但是他們也有很多的優(yōu)點比如可以快速成品，可以被修改來改正程序中的錯誤和更便宜的造價。廠商也可能會提供便宜的但是編輯能力差的FPGA。因為這些芯片有比較差的可編輯能力，所以這些設計的開發(fā)是在普通的FPGA上完成的，然后將設計轉(zhuǎn)移到一個類似于ASIC的芯片上。另外一種方法是用CPLD（復雜可編程邏輯器件備）。

　　FPGA工作原理

　　FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB（Configurable Logic Block）、輸入輸出模塊IOB（Input Output Block）和內(nèi)部連線（Interconnect）三個部分。 現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）是可編程器件，與傳統(tǒng)邏輯電路和門陣列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，F(xiàn)PGA具有不同的結(jié)構(gòu)。FPGA利用小型查找表（16×1RAM）來實現(xiàn)組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅(qū)動其他邏輯電路或驅(qū)動I/O，由此構(gòu)成了既可實現(xiàn)組合邏輯功能又可實現(xiàn)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連接或連接到I/O模塊。FPGA的邏輯是通過向內(nèi)部靜態(tài)存儲單元加載編程數(shù)據(jù)來實現(xiàn)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(lián)接方式，并最終決定了FPGA所能實現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無限次的編程。

　　FPGA的行業(yè)應用

　　視頻分割系統(tǒng)

　　近年來，大型的總控系統(tǒng)得到了日益廣泛的應用，與之相關的視頻分割技術水平也在逐步提高，該技術是把用多屏拼接顯示的方式來顯示一路視頻信號，在一些需要使用大屏幕顯示的場景應用廣泛。

　　隨著技術水平的進步， 視頻分割技術逐步成熟，滿足了人們對于清晰視頻圖像的基本需求、 FPGA 芯片硬件結(jié)構(gòu)比較特殊，可以利用事先編輯的邏輯結(jié)構(gòu)文件調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)，利用約束的文件來調(diào)整不同邏輯單元的連接和位置，妥善處理好數(shù)據(jù)線路徑，其自身具有的靈活性和適應性方便用戶的開發(fā)和應用。在處理視頻信號時，F(xiàn)PGA芯片可以充分利用自身的速度和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，實現(xiàn)兵乓技術和流水線技術。在對外連接的過程中，芯片采用數(shù)據(jù)并行連接的方式，使圖像信息的位寬拓寬，利用內(nèi)部的邏輯功能提高圖像處理的速度。通過高速緩存結(jié)構(gòu)以及時鐘管理實現(xiàn)對圖像處理以及其他設備的控制。在整體的設計結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)PGA芯片處于核心位置，復雜數(shù)據(jù)的插值處理以及提取和存儲，還起到總體控制的作用，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。另外，視頻信息處理與其他數(shù)據(jù)處理不同，需要芯片具有特殊的邏輯單元以及RAM或者FIFO單元，保證提高足夠的數(shù)據(jù)傳輸速度。

　　數(shù)據(jù)延遲器和存儲設計

　　FPGA具有可編程的延遲數(shù)字單元，在通信系統(tǒng)和各類電子設備中有著比較廣泛的應用，比如同步通信系統(tǒng)，時間數(shù)值化系統(tǒng)等，主要的設計方法包括數(shù)控延遲線法，存儲器法，計數(shù)器法等，其中存儲器法主要是利用 FPGA的RAM或者FIFO實現(xiàn)的。

　　利用 FPGA 對SD卡相關數(shù)據(jù)進行讀寫可以依據(jù)具體算法的需求低FPGA芯片開展編程，更加實際情況的變化實現(xiàn)讀寫操作的不斷更新。這種模式之下只需要利用原有的芯片便可以實現(xiàn)對SD卡的有效控制，明顯降低了系統(tǒng)的成本。

　　通信行業(yè)

　　通常情況下，通信行業(yè)綜合考慮成本以及運營等各方面的因素，在終端設備數(shù)量比較多的位置，F(xiàn)PGA的用量比較大，基站最適合使用FPGA，基站幾乎每一塊板子都需要使用FPGA芯片，而且型號比較高端，可以處理復雜的物理協(xié)議，實現(xiàn)邏輯控制。同時，由于基站的邏輯鏈路層，物理層的協(xié)議部分需要定期更新，也比較適合采用FPGA技術。目前，F(xiàn)PGA主要在通信行業(yè)的建設初期和中期應用，后期逐步被ASIC替代。

　　其它應用

　　FPGA在安防，工業(yè)等領域也有著比較廣泛的應用，比如安防領域的視頻編碼解碼等協(xié)議在前端數(shù)據(jù)采集和邏輯控制的過程中可以利用FPGA處理。工業(yè)領域主要采用規(guī)模較小的FPGA，滿足靈活性的需求。另外，由于 FPGA具有比較高的可靠性，因此在軍工以及航天領域也有比較廣泛的應用。未來，隨著技術的不斷完善，相關工藝將會完成升級改造， 在諸多新型行業(yè)比如大數(shù)據(jù)等，F(xiàn)PGA將會有更為廣泛的應用前景。伴隨5G網(wǎng)絡的建設， 初期會大量應用FPGA，人工智能等新型的領域也會更多的用到FPGA。