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FPGA芯片特性及其應用
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FPGA的基本特點(diǎn)
1)采用FPGA設計ASIC電路(專(zhuān)用集成電路)，用戶(hù)不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。
2)FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。
3)FPGA內部有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳。
4)FPGA是ASIC電路中設計周期最短、開(kāi)發(fā)費用最低、風(fēng)險最小的器件之一。
5) FPGA采用高速CMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。
可以說(shuō)，FPGA芯片是小批量系統提高系統集成度、可靠性的最佳選擇之一。
FPGA是由存放在片內RAM中的程序來(lái)設置其工作狀態(tài)的，因此，工作時(shí)需要對片內的RAM進(jìn)行編程。用戶(hù)可以根據不同的配置模式，采用不同的編程方式。加電時(shí)，FPGA芯片將EPROM中數據讀入片內編程RAM中，配置完成后，FPGA進(jìn)入工作狀態(tài)。掉電后，FPGA恢復成白片，內部邏輯關(guān)系消失，因此，FPGA能夠反復使用。FPGA的編程無(wú)須專(zhuān)用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當需要修改FPGA功能時(shí)，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片FPGA，不同的編程數據，可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，FPGA的使用非常靈活。
FPGA的應用
1.電路設計中FPGA的應用
連接邏輯，控制邏輯是FPGA早期發(fā)揮作用比較大的領(lǐng)域也是FPGA應用的基石.事實(shí)上在電路設計中應用FPGA的難度還是比較大的這要求開(kāi)發(fā)者要具備相應的硬件知識(電路知識)和軟件應用能力(開(kāi)發(fā)工具)這方面的人才總是緊缺的，往往都從事新技術(shù)，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成功的產(chǎn)品將變成市場(chǎng)主流基礎產(chǎn)品供產(chǎn)品設計者應用在不遠的將來(lái)，通用和專(zhuān)用IP的設計將成為一個(gè)熱門(mén)行業(yè)!搞電路設計的前提是必須要具備一定的硬件知識.在這個(gè)層面，干重于學(xué)，當然，快速入門(mén)是很重要的，越好的位子越不等人電路開(kāi)發(fā)是黃金飯碗.
2.產(chǎn)品設計
把相對成熟的技術(shù)應用到某些特定領(lǐng)域如通訊，視頻，信息處理等等開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足行業(yè)需要并能被行業(yè)客戶(hù)接受的產(chǎn)品這方面主要是FPGA技術(shù)和專(zhuān)業(yè)技術(shù)的結合問(wèn)題，另外還有就是與專(zhuān)業(yè)客戶(hù)的界面問(wèn)題產(chǎn)品設計還包括專(zhuān)業(yè)工具類(lèi)產(chǎn)品及民用產(chǎn)品，前者重點(diǎn)在性能，后者對價(jià)格敏感產(chǎn)品設計以實(shí)現產(chǎn)品功能為主要目的.
FPGA技術(shù)是一個(gè)實(shí)現手段在這個(gè)領(lǐng)域，FPGA因為具備接口，控制，功能IP，內嵌CPU等特點(diǎn)有條件實(shí)現一個(gè)構造簡(jiǎn)單，固化程度高，功能全面的系統產(chǎn)品設計將是FPGA技術(shù)應用最廣大的市場(chǎng)，具有極大的爆發(fā)性的需求空間產(chǎn)品設計對技術(shù)人員的要求比較高，路途也比較漫長(cháng)不過(guò)現在整個(gè)行業(yè)正處在組建"首發(fā)團隊"的狀態(tài)，只要加入，前途光明產(chǎn)品設計是一種職業(yè)發(fā)展方向定位，不是簡(jiǎn)單的愛(ài)好就能做到的!產(chǎn)品設計領(lǐng)域會(huì )造就大量的企業(yè)和企業(yè)家，是一個(gè)近期的發(fā)展熱點(diǎn)和機遇
3.系統級應用
系統級的應用是FPGA與傳統的計算機技術(shù)結合，實(shí)現一種FPGA版的計算機系統如用Xilinx V-4, V-5系列的FPGA，實(shí)現內嵌POWER PC CPU, 然后再配合各種外圍功能，實(shí)現一個(gè)基本環(huán)境，在這個(gè)平臺上跑LINUX等系統這個(gè)系統也就支持各種標準外設和功能接口(如圖象接口)了這對于快速構成FPGA大型系統來(lái)講是很有幫助的。這種"山寨"味很濃的系統早期優(yōu)勢不一定很明顯，類(lèi)似ARM系統的境況但若能慢慢發(fā)揮出FPGA的優(yōu)勢，逐漸實(shí)現一些特色系統也是一種發(fā)展方向。
若在系統級應用中，開(kāi)發(fā)人員不具備系統的擴充開(kāi)發(fā)能力，只是搞搞編程是沒(méi)什么意義的，當然設備驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)是另一種情況，搞系統級應用看似起點(diǎn)高，但不具備深層開(kāi)發(fā)能力，很可能會(huì )變成愛(ài)好者，就如很多人會(huì )做網(wǎng)頁(yè)但不能稱(chēng)做會(huì )編程類(lèi)似以上是幾點(diǎn)個(gè)人開(kāi)發(fā)，希望能幫助想學(xué)FPGA但很茫然無(wú)措的人理一理思路。這是一個(gè)不錯的行業(yè)，有很好的個(gè)人成功機會(huì )。但也肯定是一個(gè)競爭很激烈的行業(yè)，關(guān)鍵看的就是速度和深度當然還有市場(chǎng)適應能力。
4.最新應用
北京時(shí)間2010年12月30日消息，美英兩國科學(xué)家聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一款運算速度超快的電腦芯片，使當前臺式機的運算能力提升20倍。當前的個(gè)人電腦使用雙核、4核、16核處理器來(lái)執行各項任務(wù)。如今，美英研究人員開(kāi)發(fā)的中央處理器(CPU)將1000個(gè)內核有效集成于一個(gè)芯片上。這項突破或將在今后幾年開(kāi)啟一個(gè)超高速運算的新時(shí)代，使家庭用戶(hù)不再對運行緩慢的電腦系統感到沮喪。雖然速度更快，但由于新型“超級”電腦的能耗遠低于當前電腦，所以更加環(huán)保。
研究人員采用了一種名為“現場(chǎng)可編程門(mén)陣列”(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“FPGA”)的芯片，使得微晶片就像都含有數百萬(wàn)個(gè)晶體管一樣，而晶體管則是任何電路的基本組成部分。不過(guò)，FPGA芯片可由用戶(hù)安裝到特定電路，它們的功能不是在出廠(chǎng)時(shí)就設定好的。這樣一來(lái)，用戶(hù)可以將晶體管劃分成一個(gè)個(gè)“小群體”，要求每個(gè)“小群體”完成不同的任務(wù)。通過(guò)在FPGA芯片內創(chuàng )建逾1000個(gè)微電路，研究人員便將這個(gè)芯片變成了1000個(gè)內核的處理器——每個(gè)內核都可以遵照自己的指令工作。在測試中，FPGA芯片每秒能處理5GB的數據，處理速度大概相當于當前臺式機的20倍。這項研究由英國格拉斯哥大學(xué)的韋姆·范德堡韋德(Wim Vanderbauwhede)博士和美國馬薩諸塞大學(xué)盧維爾分校的同行共同實(shí)施。
范德堡韋德說(shuō)：“FPGA芯片沒(méi)有應用于標準電腦上，原因是對FPGA芯片編程相當困難。FPGA芯片的處理能力強大，由于速度更快，能耗相當低，是我們更為環(huán)保的選擇�！彪m然當前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的電腦大多數內核超過(guò)一個(gè)，可以同時(shí)實(shí)施不同任務(wù)，但傳統多核處理器只能共用一個(gè)存儲源，這降低了運算速度。范德堡韋德的研究團隊給每個(gè)內核分配一定量的專(zhuān)用存儲空間，從而加快了處理器的運算速度。
一名用戶(hù)坐在運算速度很慢的臺式機前面，看上去一籌莫展。在測試中，FPGA芯片每秒能處理5GB的數據，處理速度大概相當于當前臺式機的20倍
范德堡韋德博士說(shuō)：“這只是初期概念驗證研究，我們試圖展示對FPGA編程的便捷方式，令其超高速處理的潛力可以更為廣泛地應用于未來(lái)的運算器和電子設備上。雖然現有許多技術(shù)充分使用FPGA芯片，如等離子電視、液晶電視和電腦網(wǎng)絡(luò )路由器，但它們在標準臺式機上的應用卻十分有限�！�
“但是，我們看到，包括英特爾和ARM在內的一些廠(chǎng)商已經(jīng)宣布將開(kāi)發(fā)集成傳統CPU與FPGA芯片的微晶片。我認為此類(lèi)處理器會(huì )得到更廣泛的應用，有助于在今后幾年進(jìn)一步提升電腦運算速度�！狈兜卤ろf德希望在2011年3月應用重構運算國際研討會(huì )上詳細介紹他的研究發(fā)現。
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