《電子技術(shù)應(yīng)用》
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淺析FPGA的基本特點及應(yīng)用

2015-10-08
關(guān)鍵詞: FPGA 基本特點 應(yīng)用 芯片

  FPGA基本特點
  1)采用FPGA設(shè)計ASIC電路(專用集成電路),,用戶不需要投片生產(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(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳,。
  4)FPGA是ASIC電路中設(shè)計周期最短,、開發(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,F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度,、可靠性的最佳選擇之一,。
  FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的,因此,,工作時需要對片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程,。用戶可以根據(jù)不同的配置模式,采用不同的編程方式,。加電時,,F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中,配置完成后,,F(xiàn)PGA進(jìn)入工作狀態(tài),。掉電后,F(xiàn)PGA恢復(fù)成白片,,內(nèi)部邏輯關(guān)系消失,,因此,F(xiàn)PGA能夠反復(fù)使用,。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器,,只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當(dāng)需要修改FPGA功能時,,只需換一片EPROM即可,。這樣,同一片F(xiàn)PGA,,不同的編程數(shù)據(jù),,可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此,,F(xiàn)PGA的使用非常靈活,。
  FPGA的應(yīng)用
  1.電路設(shè)計中FPGA的應(yīng)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(yīng)用的基石.事實上在電路設(shè)計中應(yīng)用FPGA的難度還是比較大的這要求開發(fā)者要具備相應(yīng)的硬件知識(電路知識)和軟件應(yīng)用能力(開發(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)品的開發(fā)成功的產(chǎn)品將變成市場主流基礎(chǔ)產(chǎn)品供產(chǎn)品設(shè)計者應(yīng)用在不遠(yuǎn)的將來,通用和專用IP的設(shè)計將成為一個熱門行業(yè)!搞電路設(shè)計的前提是必須要具備一定的硬件知識.在這個層面,,干重于學(xué),,當(dāng)然,快速入門是很重要的,,越好的位子越不等人電路開發(fā)是黃金飯碗.
  2.產(chǎn)品設(shè)計
  把相對成熟的技術(shù)應(yīng)用到某些特定領(lǐng)域如通訊,,視頻,信息處理等等開發(fā)出滿足行業(yè)需要并能被行業(yè)客戶接受的產(chǎn)品這方面主要是FPGA技術(shù)和專業(yè)技術(shù)的結(jié)合問題,,另外還有就是與專業(yè)客戶的界面問題產(chǎn)品設(shè)計還包括專業(yè)工具類產(chǎn)品及民用產(chǎn)品,,前者重點在性能,后者對價格敏感產(chǎn)品設(shè)計以實現(xiàn)產(chǎn)品功能為主要目的.
  FPGA技術(shù)是一個實現(xiàn)手段在這個領(lǐng)域,,F(xiàn)PGA因為具備接口,,控制,功能IP,,內(nèi)嵌CPU等特點有條件實現(xiàn)一個構(gòu)造簡單,,固化程度高,功能全面的系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計將是FPGA技術(shù)應(yīng)用最廣大的市場,,具有極大的爆發(fā)性的需求空間產(chǎn)品設(shè)計對技術(shù)人員的要求比較高,,路途也比較漫長不過現(xiàn)在整個行業(yè)正處在組建"首發(fā)團(tuán)隊"的狀態(tài),只要加入,,前途光明產(chǎn)品設(shè)計是一種職業(yè)發(fā)展方向定位,,不是簡單的愛好就能做到的!產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域會造就大量的企業(yè)和企業(yè)家,是一個近期的發(fā)展熱點和機(jī)遇
  3.系統(tǒng)級應(yīng)用
  系統(tǒng)級的應(yīng)用是FPGA與傳統(tǒng)的計算機(jī)技術(shù)結(jié)合,,實現(xiàn)一種FPGA版的計算機(jī)系統(tǒng)如用Xilinx V-4, V-5系列的FPGA,,實現(xiàn)內(nèi)嵌POWER PC CPU, 然后再配合各種外圍功能,實現(xiàn)一個基本環(huán)境,,在這個平臺上跑LINUX等系統(tǒng)這個系統(tǒng)也就支持各種標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)和功能接口(如圖象接口)了這對于快速構(gòu)成FPGA大型系統(tǒng)來講是很有幫助的,。這種"山寨"味很濃的系統(tǒng)早期優(yōu)勢不一定很明顯,,類似ARM系統(tǒng)的境況但若能慢慢發(fā)揮出FPGA的優(yōu)勢,逐漸實現(xiàn)一些特色系統(tǒng)也是一種發(fā)展方向,。
  若在系統(tǒng)級應(yīng)用中,,開發(fā)人員不具備系統(tǒng)的擴(kuò)充開發(fā)能力,只是搞搞編程是沒什么意義的,,當(dāng)然設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)是另一種情況,,搞系統(tǒng)級應(yīng)用看似起點高,但不具備深層開發(fā)能力,,很可能會變成愛好者,,就如很多人會做網(wǎng)頁但不能稱做會編程類似以上是幾點個人開發(fā),希望能幫助想學(xué)FPGA但很茫然無措的人理一理思路,。這是一個不錯的行業(yè),,有很好的個人成功機(jī)會。但也肯定是一個競爭很激烈的行業(yè),,關(guān)鍵看的就是速度和深度當(dāng)然還有市場適應(yīng)能力,。
  4.最新應(yīng)用
  北京時間2010年12月30日消息,美英兩國科學(xué)家聯(lián)合開發(fā)了一款運(yùn)算速度超快的電腦芯片,,使當(dāng)前臺式機(jī)的運(yùn)算能力提升20倍,。當(dāng)前的個人電腦使用雙核、4核,、16核處理器來執(zhí)行各項任務(wù),。如今,美英研究人員開發(fā)的中央處理器(CPU)將1000個內(nèi)核有效集成于一個芯片上,。這項突破或?qū)⒃诮窈髱啄觊_啟一個超高速運(yùn)算的新時代,,使家庭用戶不再對運(yùn)行緩慢的電腦系統(tǒng)感到沮喪。雖然速度更快,,但由于新型“超級”電腦的能耗遠(yuǎn)低于當(dāng)前電腦,所以更加環(huán)保,。
  研究人員采用了一種名為“現(xiàn)場可編程門陣列”(以下簡稱“FPGA”)的芯片,,使得微晶片就像都含有數(shù)百萬個晶體管一樣,而晶體管則是任何電路的基本組成部分,。不過,,F(xiàn)PGA芯片可由用戶安裝到特定電路,它們的功能不是在出廠時就設(shè)定好的,。這樣一來,,用戶可以將晶體管劃分成一個個“小群體”,要求每個“小群體”完成不同的任務(wù),。通過在FPGA芯片內(nèi)創(chuàng)建逾1000個微電路,,研究人員便將這個芯片變成了1000個內(nèi)核的處理器——每個內(nèi)核都可以遵照自己的指令工作,。在測試中,F(xiàn)PGA芯片每秒能處理5GB的數(shù)據(jù),,處理速度大概相當(dāng)于當(dāng)前臺式機(jī)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施。
  范德堡韋德說:“FPGA芯片沒有應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)電腦上,,原因是對FPGA芯片編程相當(dāng)困難,。FPGA芯片的處理能力強(qiáng)大,由于速度更快,,能耗相當(dāng)?shù)?,是我們更為環(huán)保的選擇?!彪m然當(dāng)前市場上銷售的電腦大多數(shù)內(nèi)核超過一個,,可以同時實施不同任務(wù),但傳統(tǒng)多核處理器只能共用一個存儲源,,這降低了運(yùn)算速度,。范德堡韋德的研究團(tuán)隊給每個內(nèi)核分配一定量的專用存儲空間,從而加快了處理器的運(yùn)算速度,。
  一名用戶坐在運(yùn)算速度很慢的臺式機(jī)前面,,看上去一籌莫展。在測試中,,F(xiàn)PGA芯片每秒能處理5GB的數(shù)據(jù),,處理速度大概相當(dāng)于當(dāng)前臺式機(jī)的20倍
  范德堡韋德博士說:“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(yīng)用于未來的運(yùn)算器和電子設(shè)備上,。雖然現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)臺式機(jī)上的應(yīng)用卻十分有限?!?br/>  “但是,,我們看到,包括英特爾和ARM在內(nèi)的一些廠商已經(jīng)宣布將開發(fā)集成傳統(tǒng)CPU與FPGA芯片的微晶片,。我認(rèn)為此類處理器會得到更廣泛的應(yīng)用,,有助于在今后幾年進(jìn)一步提升電腦運(yùn)算速度?!狈兜卤ろf德希望在2011年3月應(yīng)用重構(gòu)運(yùn)算國際研討會上詳細(xì)介紹他的研究發(fā)現(xiàn),。

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