什么是FPGA?
發布時間：2011-10-27
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來源：我愛方案網
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FPGA的定義
FPGA英文全稱為Field－Programmable Gate Array，即現場可編程門陣列。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 電路數有限的缺點，是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。
FPGA的主要生產商
FPGA主要生產廠商Altera、Xilinx、Actel、Lattice、atmel，其中Altera作為世界老牌可編程邏輯器件的廠家，是可編程邏輯器件的發明者，開發軟件 MAX+PLUSII和QuartusII。Xilinx是FPGA的發明者，擁有世界一半以上的市場，提供90%的高端65nmFPGA產品，開發軟件為ISE。Actel主要提供非易失性FPGA，產品主要基于反熔絲工藝和FLASH工藝，其產品主要用于軍用和宇航。
FPGA的基本特點
FPGA是由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態的，因此，工作時需要對片內的RAM進行編程。用戶可以根據不同的配置模式，采用不同的編程方式。
1）采用FPGA設計ASIC電路(專用集成電路)，用戶不需要投片生產，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內部有豐富的觸發器和I/O引腳。
4）FPGA是ASIC電路中設計周期最短、開發費用最低、風險最小的器件之一。
5) FPGA采用高速CMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。
加電時，FPGA芯片將EPROM中數據讀入片內編程RAM中，配置完成后，FPGA進入工作狀態。掉電后，FPGA恢復成白片，內部邏輯關系消失，因此，FPGA能夠反復使用。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當需要修改FPGA功能時，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片FPGA，不同的編程數據，可以產生不同的電路功能。因此，FPGA的使用非常靈活。
FPGA的工作原理
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具有不同的結構，FPGA利用小型查找表（16×1RAM）來實現組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發器的輸入端，觸發器再來驅動其他邏輯電路或驅動I/O，由此構成了即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連接或連接到I/O模塊。FPGA的邏輯是通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,并最終決定了FPGA所能實現的功能, FPGA允許無限次的編程。
FPGA的注意五大事項
1.基礎問題
FPGA的基礎就是數字電路和HDL語言，想學好FPGA的人，建議床頭都有一本數字電路的書，不管是哪個版本的，這個是基礎，多了解也有助于形成硬件設計的思想。 在語言方面，建議初學者學習Verilog語言，VHDL語言語法規范嚴格，調試起來很慢，Verilog語言容易上手，而且，一般大型企業都是用 Verilog語言。
2.EDA工具問題
熟悉幾個常用的就可以的，開發環境QuartusII ，或ISE 就可以了，這兩個基本是相通的，會了哪一個，另外的那個也就很Easy了。功能仿真建議使用Modelsim ，如果你是做芯片的，就可以學學別的仿真工具，做FPGA的，Modelsim就足夠了。綜合工具一般用Synplify，初學先不用太關心這個，用 Quartus綜合就OK了。
3.硬件設計思想問題
對于初學者，特別是從軟件轉過來的，設計的程序既費資源又速度慢，而且很有可能綜合不了，這就要求我們熟悉一些固定模塊的寫法，可綜合的模塊很多書上都有，語言介紹上都有，不要想當然的用軟件的思想去寫硬件。
4.學習習慣問題
FPGA學習要多練習，多仿真，signaltapII是很好的工具，可以看到每個信號的真實值，建議初學者一定要自己多動手，光看書是沒用的。 關于英文文檔問題，如果要學會Quartus II的所有功能，只要看它的handbook就可以了，很詳細，對于IT行業的人，大部分知識來源都是英文文檔，一定要耐心看，會從中收獲很多的。
5.算法問題
做FPGA的工程師，最后一般都是專攻算法了，這些基礎知識都是順手捏來的，如果你沒有做好搞理論的準備，學FPGA始終只能停留在初級階段上。 對于初學者，數字信號處理是基礎，應該好好理解，往更深的方向，不用什么都學，根據你以后從事的方向，比如說通信、圖像處理，雷達、聲納、導航定位等。
