FPGA 的分类和发展

        FPGA（Field Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，是由丰富的布线资源、可编程的逻辑单元阵列以及I/O 单元构成。

它利用其内部的各类资源，根据用户的需求，可以实现任何的逻辑功能。效率高、功耗低和通用性强的特点决定它特别适合于复杂的应用设计。

        此外，FPGA 可以在系统运行的不同时间，其电路结构根据预定功能而改变，使系统具有不同的空间相关或时间相关的任务，即所谓的动态重配置。

1 分类

        根据掉电数据是否丢失，可以将目前市场上的FPGA 分为以下两种：
        （1）掉电丢失数据。典型地，Xilinx 公司和Altera 公司的基于SRAM 型的FPGA 具有编程速度快的特点，又具备很强的可重新编程能力。在每次掉电之后，储存在其中的数据就会丢失，故在每次上电后必须从外部存储器中读取配置数据。这是目前应用范围最广泛的工艺结构。
        （2）掉电不丢失数据。目前，ACTEL 公司就开发出基于反熔丝结构的FPGA。其只能一次编程，编程后变成ASIC 一样的规定逻辑器件。这种架构的FPGA 写入信息后永远不会丢失，需要使用专用的编程器，开发复杂度高，费用较大，一般用于要求抗干扰能力大的场所，比如军事及航空航天领域。另外，基于Flash 结构的FPGA 兼有SRAM 和反熔丝的优点，可以反复擦除且掉电后数据不会丢失。

2 发展

        早期的ASIC，是以特定的电路集成到一个芯片上为目的，通常具有开发周期长、成本高、重复利用率低等不足。为此，由用户编程实现特定功能的可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）正是具备了适用性广、开发周期短、成本低等优点而备受瞩目。

        PLD 是以CMOS、ECL、TTL 和SRAM 等技术为基础，并随着制造工艺的创新而取得突破。但当数字系统突飞猛进的发展以及其复杂性的提高，PLD 越来越不适应市场的需求，取而代之的是FPGA 和CPLD。
        1985 年， Xilinx 公司开发的第一款FPGA 产品——XC2064，就是采用2μm的工艺技术，包含了85000 个晶体管、64 个逻辑模块以及不超过1000 个的门数，开创了一个可编程逻辑的新时代。

        2007 年，Xilinx 和Altera 公司各自推出了基于65nm 工艺的FPGA 产品，其所包含的晶体管数已经超过了10 亿个，而门数量更是达到了千万级别。

        从2001 年的150nm 工艺到2002 年的130nm 工艺再到2003年的90nm 工艺和2006 年的65nm 工艺就可以看出

FPGA 的发展不但是紧随半导体工艺的脚步，同时又是促进半导体技术取得进步的力量。

        从算法逻辑发展到嵌入式处理器、高速串行收发器，FPGA 实现了质的飞越，并逐渐取得主导地位，而这正是源于以高速度、高密度和低成本为目标。现在，FPGA 更是在以下几大领域得到广泛应用：
        （1）数据采集和接口领域：在信号处理系统中，对于采用低速的A/D 和D/A转换器接口，传统做法是采用单片机或者DSP 对数据进行处理。但如果是高速的A/D 和D/A 转换芯片，传统做法就会变成一个瓶颈，在这种场合，FPGA 就可以高速完成数据采集和处理。
        （2）在电平接口领域：在现代社会中，各式各样的电子产品采用了各类不同的电平标准：TTL、CMOS、LVDS、HSTL、GTL/GTL+、SSTL 等。为了统一各类不同电平，若引入电平转换器，将导致电路设计更复杂、系统更不可靠。而FPGA具有支持多种电平的特点，它能大大简化设计，降低系统风险。
        （3）高性能数字信号处理领域：软件无线电、无线通信、视频图像传输领域，对数据的处理速度提出了更高的要求。通过由多个DSP 并联构成的处理系统来提高工作速度的传统做法却大大增加了设计复杂度和系统的功耗，系统的稳定性也直线下降。FPGA 并行处理数据的特点，加上其集成度的不断提高，已经可以替代多DSP 解决方案。例如，同样完成H.264 算法，需要采用4 片TI 公司1GHz 主频的DSP，但如果采用Altera 公司的EP2S130 FPGA，则只需要采用一片。
        （4）航天领域：无论是导航卫星、气象卫星还是军事卫星，FPGA 都得到了广泛的应用。这正是源于其不仅拥有丰富的逻辑资源，而且体积小、重量轻、功耗低等特点，提高了航天器承载有效载荷的能力和功效比。