fpga简介

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FPGA的发展经历了四代数字集成电路的发展，第一代为PAL（Programmable Array Logic，PAL），第二代为GAL（Generic Array Logic，GAL），第三代为CPLD（Complex Programmable Logic Device，CPLD），FPGA是以这三种可编程逻辑器件为技术基础发展而成。FPGA在专用集成电路的领域中，属于半刻制电路，可以更改电路结构，它的优势在于克服了专用集成电路的无可重构性，又弥补了其它可编程逻辑芯片的门电路数量受限的问题，成为了主流的可编程逻辑器件。

目前有两种主流的编程语言可以描述逻辑电路，Verilog和VHDL，通过编写硬件描述语言，通过EDA开发工具，进行电路的布局、布线，快速通过FPGA进行电路的逻辑验证，测试流程成为了目前电路设计和验证的主流方式。FPGA作为主流的可编程逻辑器件，由基本的数字门电路组成，如与或非门、异或、同或门等，内部还集成更复杂的数字逻辑，如编译码器等组合逻辑电路，由触发器构成的时序逻辑电路等。

目前FPGA主要应用在以下六大领域：
1. 在通信领域中，许多功能模块通常需要大量的算术运算，如基带处理信道编解码，如5G NR的数据信道编码LDPC（Low-Density Parity-Check，LDPC），控制面的信令编码Turbo码、卷积码和RS（Reed-solomon，RS）码的编解码算法等；5G NR中实现上下行链路同步的算法，如主同步信号PSS、辐同步信号SSS以及DMRS信号的生成和解调都可以基于FPGA实现；5G NR的基站与其它设备通信的高速接口，如PCIE(Peripheral Component Interconnect Express)接口、以太网 MAC（Medium Access Control，MAC）接口以及高速 AD/DA接口等；以及OFDM符号的调制解调，快速傅里叶变换和反变换的过程等。

2. 在数字信号处理领域，基于FPGA强大的并行处理能力和高速的处理效率，利用此优势可以实现多种数字信号处理的任务。适合完成 FIR(Finite Impulse Response，FIR） 等数字滤波这类对数据速率和计算能力要求较高的任务。FPGA相比与DSP具有明显的优势，FPGA可实现并行架构的数字信号处理，而DSP处理器采用串行处理架构。

3. 在视频图像处理领域，目前对图像的像素质量要求越来越高，处理芯片需要保证实时性，并且处理的数据量大，图像的压缩算法变得越来越复杂，使用单一的ASSP（Application Specific Standard Parts，ASSP）芯片或者DSP已经无法满足在规定时间内处理大量数据。而FPGA凭借并行处理特性，可以快速处理高清图像。

4. 在高速接口设计领域，FPGA凭借高速处理能力和多达成百上千个IO（Input/Output，IO）决定在高速接口设计领域的独特优势。如PC机处理外界数据，在有线通信领域PC机和外设做数据传递，两个设备进行数据交互的过程，需要通过各种高速接口来完成。如FPGA可以实现PS/2、PCI、PCIE、ISA（Instruction Set Architecture，ISA）和USB 等高速接口。

5. 在人工智能领域，例如自动驾驶，需要对行驶路线、红绿灯、路障和行驶速度等各种交通信号进行采集，用到多种传感器，对这些传感器进行综合驱动和融合处理如果采用FPGA，处理数据时延会大大降低。又如智能机器人，需要对图像进行采集和处理，或者对声音信号进行处理等都需要使用FPGA。

6. 在IC 验证领域，芯片设计的版图在发厂开模之前，将芯片设计文件代码固化到FPGA，使用EDA开发工具进行布局布线，生成硬件电路图，通过生成的bit流文件，固化至FPGA芯片进行功能验证，FPGA 生成的电路接近真实的IC芯片，FPGA的使用提高了芯片设计的成功率。