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FPGA的应用领域和应用前景 什么是fpga

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FPGA简介
FPGA(现场可编程门阵列)是xilinx的创始人之一Ross Freeman在1985年发明的 。虽然其他公司宣称自己是第一个发明PLD的，但是第一个FPGA芯片XC2064是xilinx发明的 。这个时间比摩尔先生提出的著名的摩尔定律晚了差不多20年 。然而FPGA一经发明，其后续发展速度超出了大多数人的想象 。近年来，FPGA一直引领着先进技术的发展 。
fpga的优势
1)高速通信接口的设计 。FPGA可用于高速信号处理 。一般情况下，如果AD采样率高，数据率高，就需要FPGA对数据进行处理，比如对数据进行抽取和滤波，以降低数据率，使信号易于处理、传输和存储 。
2)数字信号处理 。包括图像处理、雷达信号处理、医学信号处理等 。优点是实时性好，用面积换速度，比CPU快很多 。
3)更大的并行性 。这主要是通过并发和流水线实现的 。并发是指计算资源的重复分配，以便多个模块可以同时独立计算 。

FPGA的基本特征
1)利用FPGA设计ASIC电路，用户可以在不生产芯片的情况下得到一个合适的芯片 。
2)FPGA可以作为其他全定制或半定制ASIC电路的试点样本 。
3)FPGA中有丰富的触发器和I/O引脚 。
4)FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发成本最低、风险最低的器件之一 。
5) FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可兼容CMOS和TTL级别 。
可以说，FPGA芯片是提高小批量系统集成度和可靠性的最佳选择之一 。那么fpga的应用领域有哪些呢？主要方向是什么？让我们来看看边肖的细节 。

fpga应用的三个主要方向
第一个方向，也是传统方向，主要用于通信设备的高速接口电路设计 。这个方向主要是利用FPGA处理高速接口协议，完成高速数据传输和交换 。这种应用通常需要使用具有高速收发器接口的FPGA 。同时要求设计人员了解高速接口电路和高速数字电路板级的设计，具备EMC/EMI设计的知识，有良好的模拟电路基础 。高速收发过程中需要解决信号完整性问题 。从一开始到现在，FPGA在通信领域得到了广泛的应用 。一方面通信领域需要高速的通信协议处理，另一方面通信协议又在随时被修改，所以非常不适合做成专用芯片 。因此，能够灵活改变功能的FPGA成为首选 。到目前为止，FPGA一半以上的应用也是在通信行业 。
第二个方向可以称为数字信号处理方向或者数学计算方向，因为在很大程度上，这个方向已经大大超出了信号处理的范畴 。比如早在2006年就听说美国用FPGA做金融数据分析，后来看到一些用FPGA做医疗数据分析的案例 。该方向要求FPGA设计人员具备一定的数学知识，能够理解和改进复杂的数学算法，并利用FPGA内部的各种资源将其转化为实际的运算电路 。目前通信领域的无线信号处理、信道编解码、图像信号处理等领域真正投入实用 。其他领域的研究正在进行中 。之所以没有很多实际用处，主要是学金融和医学的人不知道这玩意儿 。但是最近发现欧美很多电子工程和计算机科学的博士都转到了金融行业，从事金融信号处理工作 。相信随着转移人数的增加，FPGA在其他领域的数学计算功能会发挥的更好，有兴趣在这些领域做一些研究 。但是，国内学金融和医学的恐怕很少用到数学，更不用说用FPGA来帮他们完成math _ operations了 。这个问题只能再讨论了 。
第三个方向是所谓的SOPC方向 。其实严格来说，这已经属于FPGA设计的范畴，只不过是利用FPGA的平台搭建的一个嵌入式系统的底层硬件环境，然后设计师主要在上面开发嵌入式软件 。设计FPGA本身的时间非常少 。但如果涉及到FPGA中特殊的算法加速，实际上需要第二个方向的知识，而如果设计特殊的接口电路，则需要第一个方向的知识 。
目前，SOPC的发展远远落后于第一和第二个方向 。主要原因是SOPC主要基于FPGA，或者在FPGA内部的资源中实现了一个“软”处理器，或者在FPGA内部嵌入了一个处理器内核 。但是，大多数嵌入式设计都是以软件为核心的 。按照现在的硬件发展，大部分情况下的接口都已经标准化了，不需要这么大的FPGA逻辑资源去设计太复杂的接口 。而且目前SOPC相关的开发工具还很不完善，以ARM为代表的各种嵌入式处理器开发工具早已深入人心 。以ARM为核心的SOC芯片大多提供了大部分标准接口，大量系列的单片机/嵌入式处理器提供了相关行业所需的硬件加速电路，所以需要定制特殊硬件的真的很少 。通常是在一些特殊行业，对这方面的需求非常迫切 。目前，Xilinx已经将ARMcortex- A9的硬核嵌入到FPGA中，这将极大地推动未来嵌入式系统的发展 。但是，别忘了很多老的8位单片机在嵌入式领域还是混的 。嵌入式系统主要看软件的差异而不是硬件的差异 。

【FPGA的应用领域和应用前景 什么是fpga】fpga的应用领域
一、数据采集和接口逻辑领域
1.FPGA在数据采集中的应用 。
由于自然界中的大部分信号都是模拟信号，所以一般的信号处理系统都应该包括数据采集的功能 。通常的方法是用A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，然后送入处理器，如MCU或DSP进行计算和处理 。
对于低速模数和数模转换器，标准SPI接口可用于与MCU或DSP通信 。但是，高速A/D和D/A转换芯片，如视频解码器或编码器，不能直接与通用MCU或DSP接口 。在这种情况下，FPGA可以完成数据采集的绑定逻辑功能 。
2.FPGA在逻辑接口领域的应用
在实际的产品设计中，很多情况下都需要与PC进行数据通信 。比如将采集到的数据发送到PC进行处理，或者将处理后的结果发送到PC进行显示 。PC机与外部系统通信的接口有很多，如ISA、PCI、PCI Express、PS/2、USB等 。
传统的设计往往需要特殊的接口芯片，比如PCI接口芯片 。如果需要更多的接口，就需要更多的外围芯片，体积更大，功耗更大 。采用FPGA方案后，接口逻辑可以在FPGA内部实现，大大简化了外围电路的设计 。
在现代电子产品的设计中，存储器得到了广泛的应用，如SDRAM、SRAM、Flash等 。这些存储器各有特点和用途，合理选择存储器类型可以达到产品的最佳性价比 。由于FPGA的功能完全可以自行设计，可以实现各种存储接口的控制器 。
3.FPGA在电平接口领域的应用
除了TTL和COMS接口电平，新的电平标准如LVDS、HSTL、GTL/GTL和SSTL也逐渐被许多电子产品所采用 。比如LCD驱动接口一般是LVDS接口，数字I/O一般是LVTTL级别，DDR SDRAM级别一般是HSTL级别 。
在这种混合电平环境下，如果用传统的电平移位器实现接口，电路复杂度会增加 。利用FPGA支持多级共存的特性，可以大大简化设计方案，降低设计风险 。

二、高性能数字信号处理领域
在无线通信、软件无线电、高清图像编辑和处理等领域，信号处理所需的计算量极高 。传统的解决方案是使用多个DSP并行组成一个多处理器系统来满足需求 。
而多处理器系统的主要问题是设计复杂度和系统功耗大大增加，系统的稳定性受到影响 。FPGA支持并行计算，密度和性能都在不断提升 。它已经可以在许多领域取代传统的多DSP解决方案 。
比如实现了H.264这种高清视频编码算法 。TI的1GHz频率的DSP芯片需要4个芯片，而Altera的StraTIxII EP2S130芯片只需要一个芯片就可以完成同样的任务 。FPGA的实现过程类似于ASIC芯片的前端设计，有利于导入芯片的后端设计 。
三 。其他应用领域
除了上述应用领域，FPGA还广泛应用于其他领域 。
(1)汽车电子领域，如网关控制器/车载PC和远程信息处理系统 。
(2)军事领域，如保密通信、雷达和声纳、电子战 。
(3)测试与测量领域，如通信测试与监控、半导体自动测试设备、通用仪器 。
(4)消费产品，如显示器、投影仪、数字电视和机顶盒以及家庭网络 。
(5)医学领域，如软件无线电、电疗、生命科学等 。

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