- 什么是fpga_fpga是什么

FPGA／CPLD 的應用
隨著VlSI工藝的不斷提高，單一芯片內(nèi)部可以容納上百萬個晶體管， FPGA／CPLD芯片的規(guī)模也越來越大，其單片邏輯門數(shù)已達到上百萬門，實現(xiàn)的功能也越來越強，同時也可以實現(xiàn)系統(tǒng)集成。FPGA／CPLD芯片在出廠之前都做過百分之百的測試，不需要設計人員承擔投片風險和費用，設計人員只需在自己的實驗室里就可以通過相關的軟硬件環(huán)境來完成芯片的最終功能定義。所以， FPGA／CPLD的資金投入小，節(jié)省了許多潛在的花費。用戶可以反復地編程、擦除、使用或者在外圍電路不動的情況下用不同軟件就可實現(xiàn)不同的功能。用FPGA／PLD 試制樣片，能以最快的速度占領市場。
?FPGA／CPLD軟件包中有各種輸入工具和仿真工具，及版圖設計工具和編程器等全線產(chǎn)品，電路設計人員在很短的時間內(nèi)就可完成電路的輸入、編譯、優(yōu)化、仿真，直至最后芯片的制作。 當電路有少量改動時，更能顯示出FPGA／CPLD的優(yōu)勢。電路設計人員使用FPGA／CPLD進行電路設計時，不需要具備專門的IC(集成電路)深層次的知識， FPGA／CPLD軟件易學易用，可以使設計人員更能集中精力進行電路設計，快速將產(chǎn)品推向市場。

PLD及IC開發(fā)----EDA工具
EDA （Electronic Design Automation）即“電子設計自動化”，是指以計算機為工作平臺，以EDA軟件為開發(fā)環(huán)境，以硬件描述語言為設計語言，以可編程器件PLD為實驗載體(包括CPLD、FPGA、EPLD等)，以集成電路芯片為目標器件的電子產(chǎn)品自動化設計過程。因此，EDA工具在電子系統(tǒng)設計中所占的份量越來越高。下面就介紹一些目前較為流行的EDA工具軟件。
1.由半導體公司提供，基本上可以完成從設計輸入（原理圖或HDL）→仿真→綜合→布線→下載到器件等囊括所有PLD開發(fā)流程的所有工作。如Altera公司的MaxplusⅡ、QuartusⅡ，Xilinx公司的ISE，Lattice公司的 ispDesignExpert等。其優(yōu)勢是功能全集成化，可以加快動態(tài)調(diào)試，縮短開發(fā)周期；缺點是在綜合和仿真環(huán)節(jié)與專業(yè)的軟件相比，都不是非常優(yōu)秀的。?
2.EDA軟件的功能是對設計輸入進行邏輯分析、綜合和優(yōu)化，將硬件描述語句（通常是系統(tǒng)級的行為描述語句）翻譯成最基本的與或非門的連接關系（網(wǎng)表），導出給PLD/FPGA廠家的軟件進行布局和布線。為了優(yōu)化結(jié)果，在進行較復雜的設計時，基本上都使用這些專業(yè)的邏輯綜合軟件，而不采用廠家提供的集成PLD/FPGA開發(fā)工具。如Synplicity公司的Synplify、Synopsys公司的FPGAexpress、FPGA Compiler Ⅱ等。?
3.這類軟件的功能是對設計進行模擬仿真，包括布局布線（P&R）前的“功能仿真”（也叫“前仿真”）和P&R后的包含了門延時、線延時等的“時序仿真”（也叫“后仿真”）。復雜一些的設計，一般需要使用這些專業(yè)的仿真軟件。因為同樣的設計輸入，專業(yè)軟件的仿真速度比集成環(huán)境的速度快得多。此類軟件最著名的要算Model Technology公司的Modelsim，Cadence公司的NC-Verilog/NC-VHDL/NC-SIM等。

常用的FPGA開發(fā)語言硬件描述語言
硬件描述語言HDL是一種用形式化方法描述數(shù)字電路和系統(tǒng)的語言。利用這種語言，數(shù)字電路系統(tǒng)的設計可以從上層到下層（從抽象到具體）逐層描述自己的設計思想，用一系列分層次的模塊來表示極其復雜的數(shù)字系統(tǒng)。然后，利用電子設計自動化（EDA）工具，逐層進行仿真驗證，再把其中需要變?yōu)閷嶋H電路的模塊組合，經(jīng)過自動綜合工具轉(zhuǎn)換到門級電路網(wǎng)表。接下去，再用專用集成電路ASIC或現(xiàn)場可編程門陣列FPGA自動布局布線工具，把網(wǎng)表轉(zhuǎn)換為要實現(xiàn)的具體電路布線結(jié)構(gòu)。
1、VHDL: 1995年以前唯一制訂為標準的硬件描述語言，不具有晶體管開關級的描述能力和模擬設計的描述能力。目前的看法是，對于特大型的系統(tǒng)級數(shù)字電路設計，VHDL是較為合適的。
2、Verilog HDL: 是在1983年，提出了用于快速門級仿真的XL算法。隨著Verilog-XL算法的成功，Verilog HDL語言得到迅速發(fā)展?；赩erilog HDL的優(yōu)越性，Verilog有了模擬設計描述的能力。
3、Superlog一種新的系統(tǒng)級硬件描述語言，提供更多級別的硬件綜合抽象級，為各種系統(tǒng)級的EDA軟件工具所利用。 Superlog是一種具有良好前景的系統(tǒng)級硬件描述語言。
4、SystemC 系統(tǒng)級設計語言，能同時實現(xiàn)較高層次的軟件和硬件描述的系統(tǒng)級設計語言，滿足SoC的設計要求。

FPGA的發(fā)展前景
1、65nm工藝提升FPGA競爭力
65nm器件及提供高性能與低成本的多樣化應用平臺
FPGA產(chǎn)業(yè)的每次重大飛躍都離不開半導體生產(chǎn)工藝的更新，它是半導體業(yè)最前沿的生產(chǎn)工藝、更新速度最快。從130nm到90nm再到65nm。生產(chǎn)工藝的不斷升級帶給FPGA更高的密度、更快的速度、更低的成本。FPGA廠商亦競爭激烈，一方面幫助用戶提供更多設計方案，進一步縮小產(chǎn)品尺寸、降低成本與功耗，另一方面為提升FPGA競爭力，拓寬其市場增值空間。FPGA業(yè)界雙雄爭先恐后發(fā)布基于65nm的產(chǎn)品系列。Altera發(fā)布了Stratix III系列，Xilinx宣布推出第二個系列的VIRTEX-5 LXT。?? 之后，半導體制造工藝將采用32nm節(jié)點，芯片制造商可以制造包含數(shù)十億個晶體管的單芯片產(chǎn)品，采用這種工藝的FPGA會包含一億個可編程邏輯門，而且FPGA平臺會采用創(chuàng)新的封裝技術將存儲器、模擬混合信號電路、通用接口、傳感器、各種I/O集成到一起，這樣的FPGA會成為許多電子產(chǎn)品的核心。
2、FPGA向SoC和專用化發(fā)展，做為設計通用平臺
自1990年來，F(xiàn)PGA的成本降低了500倍、功耗降低了50倍、邏輯容量提高了200倍、速度快了40倍，到2010年，F(xiàn)PGA在價格上降低5倍，容量增大5倍，單位功耗會有多5倍的功能，另外速度還會提升5倍，除了可編程邏輯功能外，F(xiàn)PGA還集成了很多IP硬核，例如最新的PCIe&以太網(wǎng)模塊、高速串行收發(fā)器、DSP模塊以及嵌入式處理器等向SoC發(fā)展。這與傳統(tǒng)DSP和CPU等處理器的發(fā)展方向類似，它們也在片上集成了各種硬件加速器，為特定應用提供更高的性能。FPGA通過把更多硬核集成進去，能夠適合更多特定的市場，這是一個趨勢，不過和同類方案相比，F(xiàn)PGA是可編程的，繼承了很多可編程特性。
除了這種片上集成外，F(xiàn)PGA在未來有另一種革命性的趨勢，即利用系統(tǒng)級封裝技術(SiP)實現(xiàn)“虛擬SoC”。虛擬SoC可能會在同一個封裝中集成傳感器陣列、處理器、存儲器、通用接口、混合信號和高壓I/0等器件，以替代帶有固化IP的大芯片。由于是多個裸片，每種器件都可以使用最適合自己的工藝，在降低成本、功耗和體積的同時，保持了高性能。
3、基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)EDA平臺
Xilinx推出業(yè)界應用最廣泛設計套件ISE?9.1i
Altera發(fā)布Quartus?II?，延續(xù)效能優(yōu)勢：對于FPGA、CPLD以及結(jié)構(gòu)化ASIC設計，Quartus?II是性能和效能首屈一指的設計軟件。與高端65nm競爭FPGA相比，Quartus?II?軟件和Stratix?III?FPGA現(xiàn)在具有兩個速率等級優(yōu)勢，而且編譯時間快3倍。
Actel發(fā)布Libero?IDE?v8.1版本，助力便攜式設計
4、FPGA邁向設計通用平臺，滿足多樣化需求
FPGA主要向兩個方向發(fā)展以更好地滿足系統(tǒng)要求：高密度/高性能應用和中等密度/成本的敏感型應用。Altera表示，低成本和高性能這兩類產(chǎn)品在架構(gòu)和成本結(jié)構(gòu)上都有獨特的要求，低成本產(chǎn)品將挑戰(zhàn)目前許多中低密度ASIC應用，而高性能產(chǎn)品將被做得越來越大，超過200萬ASIC門，主頻速度高于300 MHz。它將挑戰(zhàn)高端ASIC和其他系統(tǒng)元器件市場，例如網(wǎng)絡處理器及高端DSP處理器。未來Altera將繼續(xù)開發(fā)兩種類型的產(chǎn)品，加快向應用市場滲透?！　半S著系統(tǒng)復雜度提升與上市時間加快，高性能FPGA的發(fā)展趨勢是將成為系統(tǒng)核心芯片，系統(tǒng)廠商對FPGA的要求也越來越嚴格，體現(xiàn)在功耗、性能、易用性和成本等四大方面。這樣的FPGA已經(jīng)演變成一種可編程系統(tǒng)平臺。
5、DSP和嵌入式應用成熱點
由于在性能和靈活性方面的完美組合，F(xiàn)PGA在DSP領域的應用越來越普遍，諸如通信、多媒體和國防行業(yè)等高增長的市場都非常需要高性能的DSP技術。這些市場的特點在于始終處于連續(xù)的變化之中，不斷變化的標準、市場需求、客戶需求以及競爭態(tài)勢。要跟上市場變化，企業(yè)就需要一種強大且靈活的處理器——FPGA就是這種特別適合的技術。FPGA將繼續(xù)集成更多的DSP硬核，以應對3G、高清安防、高清視頻的需求。目前，在Xilinx Virtex5中已經(jīng)集成了640個DSP slice硬核，可以在550MHz頻率下達到352GMAC的性能！未來，F(xiàn)PGA的DSP處理性能會更高！
6、FPGA帶來的另一個應用就是可重構(gòu)系統(tǒng)
（Reconfigurable System），目前這項技術還主要應用在軍事和航天領域。目前所使用的嵌入式計算項目描述為“靜態(tài)”的，它依賴基于固定架構(gòu)的、已將現(xiàn)有軟件性能發(fā)揮到極至的硬件驅(qū)動型“點方案("point solutions)”。 “靜態(tài)方式缺乏滿足動態(tài)任務要求的多樣性，其所導致的性能下降或差強人意的匹配處理性能結(jié)果將損害我們的戰(zhàn)斗力?！?可重構(gòu)處理器或可重構(gòu)計算架構(gòu)是解決這個挑戰(zhàn)的關鍵。
7、FPGA生態(tài)系統(tǒng)成形
回顧歷史，半導體產(chǎn)業(yè)逐步走向細化，70年代的半導體公司包攬了設計的各個環(huán)節(jié)，到80年代，EDA軟件和FPGA興起，讓一部分工作外包，到90年代，再次讓芯片制造外包?！按笕萘看笠?guī)模高度復雜FPGA的引進使這個產(chǎn)業(yè)再次分化，設計實現(xiàn)這個行業(yè)又分離出來了，設計實現(xiàn)公司真正要做的就是對設計的特性定義和對系統(tǒng)的定義?，F(xiàn)在全球半導體設計公司廣泛采用的無生產(chǎn)線（Fabless）模式 ， 除了代工廠之外，F(xiàn)PGA開發(fā)工具和測試廠商也紛紛推出了相應的產(chǎn)品，促進了FPGA生態(tài)系統(tǒng)的形成。