1）通信高速接口設(shè)計。FPGA可以用來做高速信號處理，一般如果AD采樣率高，數(shù)據(jù)速率高，這時就需要FPGA對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，比如對數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取濾波，降低數(shù)據(jù)速率，使信號容易處理，傳輸，存儲。
2）數(shù)字信號處理。包括圖像處理，雷達(dá)信號處理，醫(yī)學(xué)信號處理等。優(yōu)勢是實時性好，用面積換速度，比CPU快的多。
3）更大的并行度。這個主要是通過并發(fā)和流水兩種技術(shù)實現(xiàn)。并發(fā)是指重復(fù)分配計算資源，使得多個模塊之間可以同時獨立進(jìn)行計算。
輝煌的FPGA帝國起源是：1984年，Xilinx公司的創(chuàng)始人之一，密西根大學(xué)畢業(yè)生，RossFreeman第一次提出了可編程邏輯器件（PLD）的概念，讓芯片成為一個空白的畫布，可由工程師通過編程在上面任意“涂鴉”。
Freeman也因為這項發(fā)明進(jìn)入2009美國發(fā)明家名人堂。遺憾的是英年早逝的他沒能看到他所締造的FPGA帝國是多么的輝煌。
清華大學(xué)微電子研究所所長，中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會副理事長魏少軍先生曾用印一本書來區(qū)別芯片的設(shè)計、制造、封測過程：設(shè)計相當(dāng)于作家寫了一本書，制造相當(dāng)于印刷，封裝相當(dāng)于裝訂。那么FPGA是什么？如果是一個專業(yè)從事FPGA工作的老攻城獅可能會告訴你，”Field Programmable Gate Array“，然后再補上一句”It can be anything you want“。網(wǎng)上也有很多通俗易懂的類比。例如把FPGA的開發(fā)看作是數(shù)字積木搭建，東南大學(xué)湯勇明老師就寫過一本《搭建你的數(shù)字積木——數(shù)字電路與邏輯設(shè)計》
一個個IP就像是一塊塊積木，通過調(diào)用IP"搭建"特定功能的電路，這個比喻來說明FPGA的開發(fā)再合適不過了。
也有人將FPGA比作是空白的大腦，大腦里面存在成千上萬的神經(jīng)元細(xì)胞，但是神經(jīng)元之間并沒有連接起來，也就還沒有大腦強大的功能，但是當(dāng)工程師用Verilog或者vhdl來對FPGA進(jìn)行布局布線之后，神經(jīng)元就連接到了一起，大腦也就有了一些功能，給大腦輸入羊肉泡饃的畫面，會流口水之類的反應(yīng)。這個比喻來形容FPGA的設(shè)計原理再合適不過了。
另外，還有人將FPGA中的一些組成部分和生物化學(xué)有機(jī)體類比。FPGA中最基本的單元——可編程邏輯單元（CLB），可以類比為有機(jī)體中的蛋白質(zhì)分子，生物化學(xué)的角度上，蛋白質(zhì)可以合成更高更復(fù)雜的器官，例如心，肝，胃，胳膊腿等，那么同樣CLB作為電子有機(jī)體中的蛋白質(zhì)分子，當(dāng)然就可以合成一個電子有機(jī)體（類比人）的各個模塊（器官），有的器官復(fù)雜，需要很多蛋白質(zhì)分子分層次合成，那么同樣，有的電子系統(tǒng)的模塊的也極其復(fù)雜，需要CLB分層次合成。
那么蛋白質(zhì)分子在合成各種不同的器官的時候，靠什么做指導(dǎo)嘞？人體內(nèi)部有著極其龐大復(fù)雜的DNA序列，這個DNA序列記錄著人體的所有信息。在受精卵生成胚胎階段，其中的某一段序列指導(dǎo)胚胎的這一坨（也就是這一堆蛋白質(zhì)分子）成為未來的手，另一端序列指導(dǎo)胚胎的另一堆蛋白質(zhì)分子成為未來的胳膊。那么同樣，在FPGA中也會有等價于生物化學(xué)有機(jī)體中的DNA，就是bit_stream。bit_stream和DNA完全類似，就是一段序列，指導(dǎo)著若干CLB合成某一個執(zhí)行具體功能的模塊。
在有機(jī)體中還有脂肪的存在，脂肪的一大作用就是存儲能量，在FPGA中負(fù)責(zé)存儲的是BRAM，不同的是脂肪儲存的是能量，BRAM儲存的是數(shù)據(jù)。
FPGA中還有一個很重要的東西叫做DSP，即數(shù)字信號處理器，在人的大腦里面有一片腦回溝區(qū)域?qū)ｉT負(fù)責(zé)數(shù)學(xué)運算，兩者可以做一個類比。
生物體中還有一個十分重要的器官叫心臟，而FPGA中有一個東西叫時鐘，心臟控制脈搏，時鐘則負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的工作頻率。有了心臟，人類才得以正常活動，有了時鐘，系統(tǒng)才得以有條不紊的運行。
在FPGA的設(shè)計當(dāng)中編寫的RTL代碼，通過軟件工具可以生成人類看不懂的bit_stream,也就是說工程師每天的工作都是在編寫FPGA的DNA,在生物學(xué)領(lǐng)域，我相信大多數(shù)的科學(xué)家畢生都在做著解讀‘人類天書’DNA的工作吧。這樣一一類比下來感覺FPGA的開發(fā)就像是在造人一樣，頓時感覺代碼都不枯燥了。
首款 FPGA，即賽靈思 XC2064，只包含 64 個邏輯模塊，每個模塊含有兩個 3 輸入查找表 (LUT) 和一個寄存器。按照現(xiàn)在的計算，該器件有 64 個邏輯單元——不足 1000 個邏輯門。盡管容量很小，XC2064 晶片的尺寸卻非常大，比當(dāng)時的微處理器還要大;而且采用 2.5 微米工藝技術(shù)勉強能制造出這種器件。但隨著IC制造工藝的發(fā)展，F(xiàn)PGA也迅速發(fā)展，資源爆炸式增長，ZYNQ系列的Z-7100的邏輯單元已經(jīng)到了444k。
FPGA（Field Programmable Gate Array）是在PAL、GAL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
FPGA（Field Programmable Gate Array）的中文名字叫現(xiàn)場可編程邏輯陣列，這種集成電路內(nèi)部集成了大量的門電路、觸發(fā)器，還有RAM、ROM等邏輯單元。
FPGA需要用特殊的編程工具編程，由程序確定內(nèi)部邏輯器件的連接關(guān)系以及實現(xiàn)什么樣的邏輯運算，F(xiàn)PGA的邏輯運算能力遠(yuǎn)超單片機(jī)，但算術(shù)運算能力卻比單片機(jī)弱很多，編程的靈活性也不如單片機(jī)。
FPGA（Field Programmable Gate Array）是在PAL、GAL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。
就是這樣 。
根據(jù) FPGA 基本結(jié)構(gòu)，可將其分為基于乘積項（Product-Term）技術(shù)的 FPGA 和基于查找表（Look-Up-Table）技術(shù)的 FPGA 兩種。
（1）基于乘積項技術(shù)的 FPGA 主要由 3 個模塊組成：邏輯單元陣列（Logic Cell Array）、可編程連線（PIA）和 I/O 控制塊。
邏輯單元陣列：是 FPGA 的基本結(jié)構(gòu)，由它來實現(xiàn)基本的邏輯功能。
可編程連線： 負(fù)責(zé)信號傳遞，連接所有的宏單元。
I/O 控制塊： 負(fù)責(zé)輸入/輸出的電氣特性控制。
（2）查找表簡稱為 LUT，其本質(zhì)就是一個RAM。目前 FPGA 中多使用 4 輸入的 LUT，所以每一個 LUT 可以看成一個有 4 位地址線的 16×1的 RAM。
LUT抽象描述：當(dāng)用戶通過原理圖或 HDL 語言描述了一個邏輯電路以后，F(xiàn)PGA 開發(fā)軟件會自動計算邏輯電路的所有可能的結(jié)果，并把結(jié)果事先寫入 RAM，這樣每輸入一個信號進(jìn)行邏輯運算就等于輸入一個地址進(jìn)行查表，找出地址對應(yīng)的內(nèi)容，然后輸出即可。
LUT缺陷：由于 SRAM 工藝的特點，掉電后數(shù)據(jù)會消失，因此調(diào)試期間可以通過電纜配置 FPGA 器件，調(diào)試完成后，需要將數(shù)據(jù)固化在一個專用的 EEPROM 中（用通用編程器燒寫），上電時由這片 EEPROM 對 FPGA 加載數(shù)據(jù)，十幾個毫秒后 FPGA 即可正常工作（亦可由 CPU 配置 FPGA）。此類型的 FPGA 一般不可以進(jìn)行程序加密。
1)采用FPGA設(shè)計ASIC電路，用戶不需投片生產(chǎn)就能得到合用的芯片;
2)FPGA可用做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片;
3)FPGA內(nèi)部具有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳;
4)采用FPGA設(shè)計ASIC電路，周期短、費用低、風(fēng)險小、質(zhì)量穩(wěn)定;
5)FPGA采用高速CHMOS工藝，功耗低;
6)FPGA體系結(jié)構(gòu)、邏輯單元靈活、集成度高、適用范圍廣;
7)FPGA兼容了PLD和通用門陣列的優(yōu)點，可實現(xiàn)較大規(guī)模的電路。
近年來，國內(nèi) FPGA 技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）作為一種靈活可配置的集成電路技術(shù)，具備可重定向的硬件加速特性，為各行業(yè)帶來了創(chuàng)新和改進(jìn)的機(jī)遇。在此背景下，國內(nèi)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)積極投入研發(fā)并推動 FPGA 技術(shù)走向新的高度。
國內(nèi) FPGA 技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一是政府的支持。近年來，中國政府相繼出臺了一系列支持半導(dǎo)體和芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策措施，其中包括 FPGA 技術(shù)的研究和應(yīng)用。政府鼓勵科技企業(yè)增加研發(fā)投入，提供技術(shù)支持和財政資助，并推動高校和研究機(jī)構(gòu)加強與企業(yè)的合作。這些政策的實施為國內(nèi) FPGA 技術(shù)的發(fā)展提供了重要的支持和保障。
與此同時，國內(nèi)企業(yè)在 FPGA 技術(shù)領(lǐng)域的積極探索和創(chuàng)新也是推動行業(yè)發(fā)展的重要力量。眾多科技巨頭和創(chuàng)業(yè)公司在 FPGA 技術(shù)的應(yīng)用上一展所長，推出了一系列具有創(chuàng)新性和競爭力的產(chǎn)品。這些企業(yè)通過持續(xù)的技術(shù)研發(fā)和市場拓展，加速了國內(nèi) FPGA 技術(shù)的普及和應(yīng)用。
國內(nèi) FPGA 技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，涉及到多個行業(yè)和領(lǐng)域。以下是幾個典型的應(yīng)用領(lǐng)域：
以上只是國內(nèi) FPGA 技術(shù)的一部分應(yīng)用領(lǐng)域，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，它的應(yīng)用范圍將繼續(xù)擴(kuò)大。
盡管國內(nèi) FPGA 技術(shù)取得了長足的發(fā)展，但仍然面臨一些挑戰(zhàn)。
首先，F(xiàn)PGA 技術(shù)的開發(fā)門檻相對較高。相比傳統(tǒng)的軟件開發(fā)，F(xiàn)PGA 項目需要硬件描述語言（HDL）的編寫和硬件設(shè)計的知識，對開發(fā)人員的要求較高。此外，F(xiàn)PGA 芯片的設(shè)計和調(diào)試需要大量的時間和資源投入。
其次，國內(nèi) FPGA 技術(shù)的研發(fā)與國外仍存在一定的差距。雖然國內(nèi)企業(yè)積極投入 FPGA 技術(shù)的研發(fā)，但與國外領(lǐng)先企業(yè)相比，仍有一定差距。國內(nèi)缺乏一些關(guān)鍵技術(shù)和專利，需要進(jìn)一步加強技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)能力。
此外，F(xiàn)PGA 技術(shù)的應(yīng)用推廣也需要面臨市場認(rèn)可和用戶接受的挑戰(zhàn)。由于 FPGA 技術(shù)相對較新，許多行業(yè)和企業(yè)對其應(yīng)用效果和可行性存在疑慮，需要進(jìn)行充分的宣傳和示范。
國內(nèi) FPGA 技術(shù)正處于發(fā)展的黃金期，擁有廣闊的市場前景和發(fā)展空間。隨著國家對半導(dǎo)體和芯片產(chǎn)業(yè)的支持力度加大，以及企業(yè)自身在技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新方面的不斷努力，國內(nèi) FPGA 技術(shù)有望迎來更加寬廣的發(fā)展前景。
首先，隨著應(yīng)用場景的不斷增多，F(xiàn)PGA 技術(shù)的需求持續(xù)增長。通信、人工智能、醫(yī)療、汽車等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅堋⒌湍芎牡挠布铀傩枨笤黾樱瑢⑼苿?FPGA 技術(shù)的廣泛應(yīng)用。
其次，F(xiàn)PGA 技術(shù)自身的發(fā)展將帶來更多機(jī)遇。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，F(xiàn)PGA 芯片的性能不斷提升，功耗不斷降低，開發(fā)工具和平臺也越來越完善。這將為開發(fā)人員提供更多便利，進(jìn)一步推動 FPGA 技術(shù)的發(fā)展。
最后，國內(nèi)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)在 FPGA 技術(shù)上的投入和創(chuàng)新不斷增加，增強了國內(nèi) FPGA 技術(shù)的研發(fā)能力。未來，可以預(yù)見國內(nèi)企業(yè)將不斷涌現(xiàn)出更多具有創(chuàng)新性和競爭力的 FPGA 產(chǎn)品，推動國內(nèi) FPGA 技術(shù)在全球市場的影響力不斷提升。
綜上所述，國內(nèi) FPGA 技術(shù)的發(fā)展具有巨大的潛力和機(jī)遇。政府的支持、企業(yè)的投入和市場需求的增長將推動 FPGA 技術(shù)邁向新的高度。相信不久的將來，國內(nèi) FPGA 技術(shù)將在各個領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，為中國科技的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。
FPGA的管腳主要包括:用戶I/O(User I/O)、配置管腳、電源、時鐘及特殊應(yīng)用管腳等。
FPGA
現(xiàn)場可編程門陣列
FPGA（Field－Programmable Gate Array），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(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。
基本信息
中文名現(xiàn)場可編程邏輯門陣列外文名Field Programmable Gate Array別名FPGA
FPGA設(shè)計不是簡單的芯片研究，主要是利用 FPGA 的模式進(jìn)行其他行業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計。與ASIC不同，F(xiàn)PGA在通信行業(yè)的應(yīng)用比較廣泛。通過對全球FPGA產(chǎn)品市場以及相關(guān)供應(yīng)商的分析，結(jié)合當(dāng)前我國的實際情況以及國內(nèi)領(lǐng)先的FPGA產(chǎn)品可以發(fā)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)在未來的發(fā)展方向，對我國科技水平的全面提高具有非常重要的推動作用。
