什么是fpga_fpga是什么

FPGA是Field Programmable Gate Array的縮寫，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列。FPGA是20世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)的一種新型的可編程邏輯器件，其結(jié)構(gòu)不同于基于與或陣列的器件。其最大的特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)編程。所謂現(xiàn)場(chǎng)編程是指對(duì)于已經(jīng)焊接在PCB上或正在工作的芯片實(shí)現(xiàn)邏輯重構(gòu)，當(dāng)然也可在工作一段時(shí)間后修改邏輯。除FPGA外，基于GAL系列的ispLSI等在線可編程集成電路都也具有這種功能。

FPGA是Ross Freema于1985年發(fā)明的，當(dāng)時(shí)第一個(gè)FPGA采用2μm工藝，包含64個(gè)邏輯模塊和85000個(gè)晶體管，門數(shù)量不超過(guò)1000個(gè)，當(dāng)時(shí)他所創(chuàng)造的 FPGA被認(rèn)為是一項(xiàng)不切實(shí)際的技術(shù)，他的同事Bill Carter曾說(shuō)：“這種理念需要很多晶體管，但那時(shí)晶體管是非常珍貴的東西。”所以人們認(rèn)為Ross的想法過(guò)于脫離現(xiàn)實(shí)。但是Ross預(yù)計(jì)：根據(jù)摩爾定律（每18個(gè)月晶體管密度翻一翻），晶體管肯定會(huì)越來(lái)越便宜，因此它必將成為未來(lái)不可或缺的技術(shù)。在短短的幾年時(shí)間內(nèi)，正如Ross所預(yù)言的，出現(xiàn)了數(shù)十億美元的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）市場(chǎng)。但可惜的是，他已經(jīng)無(wú)法享受這一派欣欣向榮的景象，Ross Freeman在1989年已經(jīng)與世長(zhǎng)辭了，但是它的發(fā)明卻持續(xù)不斷地促進(jìn)電子行業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。
我們知道構(gòu)成數(shù)字邏輯系統(tǒng)最基本的單元是與門、或門、非門等，而門電路是由用二極管、三極管和電阻等元件構(gòu)成的，然后與門、或門、非門又構(gòu)成了各種觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)記憶。FPGA同樣也屬于數(shù)字邏輯電路的一種，也是由最基本的元件構(gòu)成的。一片F(xiàn)PGA可以在內(nèi)部集成上億個(gè)門電路，打破了以往使用數(shù)量繁多分立器件實(shí)現(xiàn)電子裝置的歷史，不僅電路面積、成本大大減小，而且可靠性得到了大幅度的提升。
一般來(lái)說(shuō)，F(xiàn)PGA內(nèi)部是由最小的物理邏輯單位LE、布線網(wǎng)絡(luò)、輸入輸出模塊與片內(nèi)外設(shè)組成的，而最小物理邏輯單元是指用戶無(wú)法修改的、固定的最小單元，設(shè)計(jì)者只能將這些單元通過(guò)互聯(lián)線將其連接起來(lái)，然后實(shí)現(xiàn)特定的功能。一個(gè)LE是由觸發(fā)器、LUT與控制邏輯組成的，從而同樣可以實(shí)現(xiàn)組合邏輯和時(shí)序邏輯。
隨著FPGA集成度的不斷增加，其內(nèi)部的片內(nèi)外設(shè)也越來(lái)越多，可集成SRAM、Flash、AD、RTC等外設(shè)，真正用單芯片方案完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以我們所理解的FPGA最底層是一些實(shí)實(shí)在在的門電路構(gòu)成的，然后由門電路構(gòu)成最小的物理邏輯單元，然后再通過(guò)布線層將這些最小物理邏輯單元連接成用戶需要的特定功能，我們所需要控制的僅僅是布線層之間的互連開關(guān)，這也是我們編程的對(duì)象，通過(guò)這些開關(guān)來(lái)改變功能。
FGPA按工藝分主要有SRAM工藝和Flash工藝（工藝是針對(duì)它們的編程開關(guān)來(lái)說(shuō)的）兩類，基于SRAM工藝的FPGA最大的缺點(diǎn)是掉電數(shù)據(jù)會(huì)丟失無(wú)法保存，所以由FPGA構(gòu)成的系統(tǒng)，外部還需要增加一個(gè)配置芯片用于保存編程數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)每次上電時(shí)都需要從配置芯片中將配置數(shù)據(jù)流加載到FPGA中，然后才能正常地運(yùn)行，其優(yōu)點(diǎn)是靈活性很強(qiáng)。而基于Flash架構(gòu)的FPGA在掉電后不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，無(wú)需配置芯片，上電即可運(yùn)行，其特點(diǎn)非常類似ASIC，但卻比ASIC更加靈活可以重復(fù)編程。由此可見(jiàn)如果用基于Flash架構(gòu)的FPGA來(lái)取代ASIC的話，不僅風(fēng)險(xiǎn)大大降低，而且成本也會(huì)大幅度地下降。

FPGA結(jié)構(gòu)
FPGA／CPLD的規(guī)模比較大，它可以替代幾十甚至幾千塊通用IC芯片。相當(dāng)一個(gè)子系統(tǒng)部件 。

FPGA/CPLD結(jié)構(gòu)由三大部分組成的。1.一個(gè)二維的邏輯塊陣列，構(gòu)成了PLD器件的邏輯組成核心。2.輸入／輸出塊。3.連接邏輯塊的可編程內(nèi)部連線資源。連線資源：由各種長(zhǎng)度的連線線段組成，其中有一些可編程的連接開關(guān)，它們用于邏輯塊之間、邏輯塊與輸入／輸出塊之間的連接。

對(duì)用戶而言，CPLD與FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)稍有不同，但用法一樣，所以多數(shù)情況下，不加以區(qū)分。
用戶可以反復(fù)編程、擦除、使用或者在外圍電路不動(dòng)的情況下用不同的開發(fā)軟件在FPGA上實(shí)現(xiàn)不同的邏輯功能。