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是金角大王吖發布時間：08-1218:23Field Programmable Gate Array，即現場可編程邏輯門陣列，用比較概念的語言來描述FPGA：在PAL（Programmable Arry Logic可編程邏輯陣列）、GAL（Generic Array Logic 通用陣列器件）等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為ASIC（專用集成電路）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級有限的缺點。以上的“官方語言”聽起來可能會讓你犯迷糊，下面我們就舉例說明，幫你捋一捋：早期要實現一個收音機的功能，需要電容、電阻、三極管等等一系列分立的元器件來搭建一個復雜的電路，這種集成電路，不僅占用面積大，分立的元器件使用量也比較多。如果把這些分立的元器件集成到一個芯片中，在這個芯片的外圍只需要少量的電阻、電容等配合就能實現完整的收音機功能，這就是ASIC芯片。ASIC芯片將數量龐大的分立元器件集成到芯片內部，電路板面積更小，集成度更高，電路的可靠性也變強，這些都是ASIC芯片帶來的好處。然而，ASIC在研發的過程中可能會存在這樣的問題，比如研發一種數字信號發生器，研發出一版芯片之后，如果其中某些功能設計得不是很合理，或者性能達不到要求，此時就需要更改設計，更改完之后，要把設計重新提交給芯片制造廠家，芯片制造廠家要重新制造樣片。在這個過程中，要是讓芯片制造廠家重新做一款專用芯片的價格是非常昂貴的。它可不像設計一個電路板，如果產生飛線了，不能當作成品去賣，那就把這個錯誤更改之后，讓電路板廠家重新做一套電路板，現在做這種電路板都不是很貴，比如做一個兩層板，性能要求不高，面積不大的話，可能幾十塊錢都能搞定。但是做ASIC這種專用的集成電路芯片，自己設計找芯片制造廠家去做，一顆芯片不是幾千上萬就能做的。這時候FPGA就發揮了它的作用，因為FPGA可以通過編寫軟件，用硬件描述語言Verilog HDL或者VHDL來編寫程序實現信號發生器的功能，然后把這個程序燒寫到FPGA芯片內部，對這個程序的功能進行測試，如果對這個功能或者性能不滿意的話，可以去修改程序，改完程序經重新綜合之后，生成燒寫的代碼放到FPGA芯片內部，這樣就可以反復的實現編程，對設計的產品進行迭代，把迭代的問題通過軟件的方式實現。通過以上描述我們可以發現，ASIC芯片出廠的時候已經設計好了一系列功能，我們只需要去查Datasheet，照著功能連線就可以了。而FPGA不同，拿到它的時候是一塊空白的或者半成品的芯片，這顆芯片怎么工作，或者說內部電路怎么連線都是通過編程來自主實現的，你可以擁有一定的自主權，有一部分可控，而不是單純的去使用。這時候你就相當于是一塊芯片的設計者，聽起來是不是很神奇，這就是FPGA的精妙之處。所以使用FPGA就需要比使用其他的專有芯片更多的硬件知識，還要有一定的邏輯思維能力。01FPGA有什麼用？技術飛速的發展，對FPGA的依賴越來越高。為了讓大家在學習FPGA的過程中，了解到未來在哪一個領域有屬于自己的一片天空，下面細說一下FPGA的應用領域？通信領域FPGA最廣泛的應用是在通信領域，用FPGA去處理一些通信協議，并完成高速數據的收發和交換。一方面通信領域需要高速的通信協議處理方式，另一方面通信協議在隨時的修改，非常不適合做成專有芯片，因此可以靈活改變功能的FPGA就成了首選，FPGA通常應用于通信設備高速接口的電路設計。算法領域通常說的信號處理、視頻、圖像、圖形處理等，這個方向門檻相對于第一個領域要高一些。算法還有一個FPGA的協同優化問題，很大程度上這個方向已經超過了信號處理的范疇，而且圖像在往高維度一步一步的發展。傳統信號是一維度的，比如聲音。但是對于視頻或者圖像信號，圖像信號是一個二維信號，視頻再加上時間就是三維信號，所以這個信號的維度在逐次的增加，所以對于這些復雜的信號的處理，需要FPGA強大的處理功能，去完成各種各樣的在現實生活中遇到的工程問題，那么，這就需要FPGA的開發者有非常強大的數學功底，能夠理解較為復雜的數學算法，此外還要了解FPGA內部的各種資源，使之能夠成為實際的一些運算電路。嵌入式領域也就是SoC系統級芯片，嚴格來說這不是在FPGA設計范疇之內，只不過說是FPGA這個平臺來構建一個嵌入式系統的底層硬件環境，然后我們的設計者在上層去編寫嵌入式的應用。這個不單單是使用FPGA，而是在FPGA這個平臺上去構建一個操作系統，比如我們熟知的Windows系統，打開Windows的任務調度、協同工作；包括數據的存儲、數據的處理，本身來說事務性的工作更加繁多。FPGA前景如何物聯網的巨大商機：監控、安防領域CPU很難做到多通道的數據處理以及智能檢測分析，FPGA可以很輕松的去解決這些問題。工業自動化FPGA可以做到多通道的馬達控制，目前馬達電力消耗占據全球能源消耗的大頭，在節能環保的趨勢下，未來各類的精準控制馬達將獲得采用。這是FPGA大顯身手的領域，一片FPGA可以控制大量馬達，FPGA可以應用于智能工廠方案，在云端和網關端也有強大優勢，如果跟終端控制臺結合，則優勢會增加。人工智能的發展，必然是多傳感器的融合。主人一回到家，音樂自動播放，電燈自動打開，安防系統就自動關閉……這些場景需要大量的融合算法，這是FPGA擅長的領域。未來機器人在控制上也需要做大量的并行控制，比如機器人的智能化需要視覺的大數據基數，對于大數據量的處理，這也是FPGA擅長的一個方面。FPGA本身是非常適合并行計算的，因為它本身是一個硬件可編程的器件，而CPU一旦固定之后大部分是靠軟件的執行操作，而軟件跟硬件相比下，執行效率是比不過硬件的。舉報反饋

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