FPGA的组成架构、类型及应用讲解
fpga代表现场可编程门阵列，它是一种半导体逻辑芯片，可编程成几乎任何类型的系统或数字电路，类似于pld。pld仅限于数百个门，但fpga支持数千个门。fpga架构的配置通常使用语言来指定，即hdl（硬件描述语言），其类似于用于asic（专用集成电路）的语言。
与固定功能asic技术（如标准单元）相比，fpga可提供许多优势。通常，asic需要数月才能制造出来，并且它们的成本将达到数千美元才能获得该设备。但是，fpga的制造时间不到一秒钟，成本从几美元到一千美元不等。fpga的灵活性在很大程度上降低了成本，功耗和延迟。与标准单元asic相比， fpga需要20到35倍的面积，速度性能比asic慢3到4倍。本文介绍了fpga的基础知识和fpga架构模块，包括i / o焊盘，逻辑块和开关矩阵。fpga是vlsi的一些新兴趋势领域。
fpga架构
通用fpga架构由三种类型的模块组成。它们是i / o块或焊盘，开关矩阵/互连线和可配置逻辑块（clb）。基本fpga架构具有二维逻辑块阵列，其具有用于用户安排逻辑块之间的互连的装置。下面讨论fpga架构模块的功能：
clb（可配置逻辑块）包括数字逻辑，输入和输出。它实现了用户逻辑。
互连提供逻辑块之间的方向以实现用户逻辑。
根据逻辑，开关矩阵提供互连之间的切换。
用于外部世界的i / o垫与不同的应用程序通信。
逻辑块包含 mux（多路复用器），d触发器和lut。lut实现了组合逻辑功能； mux用于选择逻辑，d触发器存储lut的输出。
fpga的基本构建模块是基于查找表的函数发生器。lut的输入数量从3，4，6变化，甚至在实验后变为8。现在，我们有自适应lut，每个lut提供两个输出，并实现两个函数发生器。
xilinx virtex-5是最受欢迎的fpga，它包含一个与mux连接的查找表（lut）一个如上所述的触发器。目前的fpga由大约数百或数千个可配置逻辑块组成。对于配置fpga，modelsim和xilinx ise软件用于生成比特流文件和用于开发。
基于应用的fpga类型
现场可编程门阵列基于低端fpga，中档fpga和高端fpga等应用分为三类。
低端fpga
这些类型的fpga设计用于低功耗，低逻辑密度和每芯片低复杂度。低端fpga的例子是altera的cyclone系列，xilinx的spartan系列，microsemi的融合系列和莱迪思半导体的mach xo / ice40。
中端fpga
这些类型的fpga是低端和高端fpga之间的最佳解决方案，它们是在性能和成本之间取得平衡而开发的。中端fpga的示例是来自altera的arria，来自xlinix的artix-7 / kintex-7系列，来自microsemi的igl002和来自莱迪思半导体的ecp3和来自莱迪思半导体的ecp5系列。
高端fpga
这些类型的fpga是为逻辑密度和高性能而开发的。高端fpga的例子有altera的stratix系列，xilinx的virtex系列，achronix的speedster 22i系列和microsemi的proasic3系列。
fpga的应用：
fpga在过去十年中获得了快速增长，因为它们适用于广泛的应用。fpga的具体应用包括数字信号处理，生物信息学，设备控制器，软件定义无线电，随机逻辑，asic原型设计，医学成像，计算机硬件仿真，集成多个spld，语音识别，加密，过滤和通信编码等等。
通常，fpga保留用于生产量较小的特定垂直应用。对于这些小批量应用，顶级公司支付每单位硬件成本。如今，新的性能动态和成本扩展了可行的应用范围。
一些更常见的fpga应用包括：航空航天和国防，医疗电子，asic原型，音频，汽车，广播，消费电子，分布式货币系统，数据中心，高性能计算，工业，医疗，科学仪器，安全系统，视频和图像处理，有线通信，无线通信。
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通用fpga架构由三种类型的模块组成。它们是i / o块或焊盘，开关矩阵/互连线和可配置逻辑块（clb）。基本fpga架构具有二维逻辑块阵列，其具有用于用户安排逻辑块之间的互连的装置。下面讨论fpga架构模块的功能：
clb（可配置逻辑块）包括数字逻辑，输入和输出。它实现了用户逻辑。
互连提供逻辑块之间的方向以实现用户逻辑。
根据逻辑，开关矩阵提供互连之间的切换。
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逻辑块包含 mux（多路复用器），d触发器和lut。lut实现了组合逻辑功能； mux用于选择逻辑，d触发器存储lut的输出。
fpga的基本构建模块是基于查找表的函数发生器。lut的输入数量从3，4，6变化，甚至在实验后变为8。现在，我们有自适应lut，每个lut提供两个输出，并实现两个函数发生器。
xilinx virtex-5是最受欢迎的fpga，它包含一个与mux连接的查找表（lut）一个如上所述的触发器。目前的fpga由大约数百或数千个可配置逻辑块组成。对于配置fpga，modelsim和xilinx ise软件用于生成比特流文件和用于开发。
基于应用的fpga类型
现场可编程门阵列基于低端fpga，中档fpga和高端fpga等应用分为三类。
低端fpga
这些类型的fpga设计用于低功耗，低逻辑密度和每芯片低复杂度。低端fpga的例子是altera的cyclone系列，xilinx的spartan系列，microsemi的融合系列和莱迪思半导体的mach xo / ice40。
中端fpga
这些类型的fpga是低端和高端fpga之间的最佳解决方案，它们是在性能和成本之间取得平衡而开发的。中端fpga的示例是来自altera的arria，来自xlinix的artix-7 / kintex-7系列，来自microsemi的igl002和来自莱迪思半导体的ecp3和来自莱迪思半导体的ecp5系列。
高端fpga
这些类型的fpga是为逻辑密度和高性能而开发的。高端fpga的例子有altera的stratix系列，xilinx的virtex系列，achronix的speedster 22i系列和microsemi的proasic3系列。
fpga的应用：
fpga在过去十年中获得了快速增长，因为它们适用于广泛的应用。fpga的具体应用包括数字信号处理，生物信息学，设备控制器，软件定义无线电，随机逻辑，asic原型设计，医学成像，计算机硬件仿真，集成多个spld，语音识别，加密，过滤和通信编码等等。
通常，fpga保留用于生产量较小的特定垂直应用。对于这些小批量应用，顶级公司支付每单位硬件成本。如今，新的性能动态和成本扩展了可行的应用范围。
一些更常见的fpga应用包括：航空航天和国防，医疗电子，asic原型，音频，汽车，广播，消费电子，分布式货币系统，数据中心，高性能计算，工业，医疗，科学仪器，安全系统，视频和图像处理，有线通信，无线通信。
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