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FPGA芯片特性及其應用
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FPGA的基本特點
1)采用FPGA設計ASIC電路(專用集成電路)，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電路中設計周期最短、開發(fā)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。
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。
FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設置其工作狀態(tài)的，因此，工作時需要對片內(nèi)的RAM進行編程。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，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進入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA恢復成白片，內(nèi)部邏輯關系消失，因此，F(xiàn)PGA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的應用
1.電路設計中FPGA的應用
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.事實上在電路設計中應用FPGA的難度還是比較大的這要求開發(fā)者要具備相應的硬件知識(電路知識)和軟件應用能力(開發(fā)工具)這方面的人才總是緊缺的，往往都從事新技術，新產(chǎn)品的開發(fā)成功的產(chǎn)品將變成市場主流基礎產(chǎn)品供產(chǎn)品設計者應用在不遠的將來，通用和專用IP的設計將成為一個熱門行業(yè)!搞電路設計的前提是必須要具備一定的硬件知識.在這個層面，干重于學，當然，快速入門是很重要的，越好的位子越不等人電路開發(fā)是黃金飯碗.
2.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.
FPGA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，具有極大的爆發(fā)性的需求空間產(chǎn)品設計對技術人員的要求比較高，路途也比較漫長不過現(xiàn)在整個行業(yè)正處在組建"首發(fā)團隊"的狀態(tài)，只要加入，前途光明產(chǎn)品設計是一種職業(yè)發(fā)展方向定位，不是簡單的愛好就能做到的!產(chǎn)品設計領域會造就大量的企業(yè)和企業(yè)家，是一個近期的發(fā)展熱點和機遇
3.系統(tǒng)級應用
系統(tǒng)級的應用是FPGA與傳統(tǒng)的計算機技術結合，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)了這對于快速構成FPGA大型系統(tǒng)來講是很有幫助的。這種"山寨"味很濃的系統(tǒng)早期優(yōu)勢不一定很明顯，類似ARM系統(tǒng)的境況但若能慢慢發(fā)揮出FPGA的優(yōu)勢，逐漸實現(xiàn)一些特色系統(tǒng)也是一種發(fā)展方向。
若在系統(tǒng)級應用中，開發(fā)人員不具備系統(tǒng)的擴充開發(fā)能力，只是搞搞編程是沒什么意義的，當然設備驅動程序的開發(fā)是另一種情況，搞系統(tǒng)級應用看似起點高，但不具備深層開發(fā)能力，很可能會變成愛好者，就如很多人會做網(wǎng)頁但不能稱做會編程類似以上是幾點個人開發(fā)，希望能幫助想學FPGA但很茫然無措的人理一理思路。這是一個不錯的行業(yè)，有很好的個人成功機會。但也肯定是一個競爭很激烈的行業(yè)，關鍵看的就是速度和深度當然還有市場適應能力。
4.最新應用
北京時間2010年12月30日消息，美英兩國科學家聯(lián)合開發(fā)了一款運算速度超快的電腦芯片，使當前臺式機的運算能力提升20倍。當前的個人電腦使用雙核、4核、16核處理器來執(zhí)行各項任務。如今，美英研究人員開發(fā)的中央處理器(CPU)將1000個內(nèi)核有效集成于一個芯片上。這項突破或將在今后幾年開啟一個超高速運算的新時代，使家庭用戶不再對運行緩慢的電腦系統(tǒng)感到沮喪。雖然速度更快，但由于新型“超級”電腦的能耗遠低于當前電腦，所以更加環(huán)保。
研究人員采用了一種名為“現(xiàn)場可編程門陣列”(以下簡稱“FPGA”)的芯片，使得微晶片就像都含有數(shù)百萬個晶體管一樣，而晶體管則是任何電路的基本組成部分。不過，F(xiàn)PGA芯片可由用戶安裝到特定電路，它們的功能不是在出廠時就設定好的。這樣一來，用戶可以將晶體管劃分成一個個“小群體”，要求每個“小群體”完成不同的任務。通過在FPGA芯片內(nèi)創(chuàng)建逾1000個微電路，研究人員便將這個芯片變成了1000個內(nèi)核的處理器——每個內(nèi)核都可以遵照自己的指令工作。在測試中，F(xiàn)PGA芯片每秒能處理5GB的數(shù)據(jù)，處理速度大概相當于當前臺式機的20倍。這項研究由英國格拉斯哥大學的韋姆·范德堡韋德(Wim Vanderbauwhede)博士和美國馬薩諸塞大學盧維爾分校的同行共同實施。
范德堡韋德說：“FPGA芯片沒有應用于標準電腦上，原因是對FPGA芯片編程相當困難。FPGA芯片的處理能力強大，由于速度更快，能耗相當?shù)停俏覀兏鼮榄h(huán)保的選擇。”雖然當前市場上銷售的電腦大多數(shù)內(nèi)核超過一個，可以同時實施不同任務，但傳統(tǒng)多核處理器只能共用一個存儲源，這降低了運算速度。范德堡韋德的研究團隊給每個內(nèi)核分配一定量的專用存儲空間，從而加快了處理器的運算速度。
一名用戶坐在運算速度很慢的臺式機前面，看上去一籌莫展。在測試中，F(xiàn)PGA芯片每秒能處理5GB的數(shù)據(jù)，處理速度大概相當于當前臺式機的20倍
范德堡韋德博士說：“這只是初期概念驗證研究，我們試圖展示對FPGA編程的便捷方式，令其超高速處理的潛力可以更為廣泛地應用于未來的運算器和電子設備上。雖然現(xiàn)有許多技術充分使用FPGA芯片，如等離子電視、液晶電視和電腦網(wǎng)絡路由器，但它們在標準臺式機上的應用卻十分有限。”
“但是，我們看到，包括英特爾和ARM在內(nèi)的一些廠商已經(jīng)宣布將開發(fā)集成傳統(tǒng)CPU與FPGA芯片的微晶片。我認為此類處理器會得到更廣泛的應用，有助于在今后幾年進一步提升電腦運算速度。”范德堡韋德希望在2011年3月應用重構運算國際研討會上詳細介紹他的研究發(fā)現(xiàn)。
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