【FPGA】初识FPGA
1.FPGA是什么？
2.发展历程
PLD是可编程逻辑器件的总称，FPGA是其中的一部分
PLA只可实现一次编程，PROM是可编程只读存储器，它的与平面是固定的，只有或平面可以编程，他也只可以编程一次
PAL与平面可编程，或平面不可编程，有三态输出，寄存器输出，互补输出三类，与前面一样，都是熔丝工艺，只能编程一次。
GAL使用的电可擦的CMOS工艺，可多次编程，增强了器件的灵活性和可重复性，可以通过编程实现不同的输出状态，可以实现GAL模仿多个PAL,增强了器件的通用性，不过是规模较小的数字逻辑电路，因此称为简单可编程逻辑器件
随着社会发展，复杂可编程逻辑器件CPLD出现，可以看出多个PLA和一个可编程连接矩阵的集合
FPGA的可编程分为三个可编程，可编程的逻辑块，可编程的IO口，可编程的布线资源
CPLD和FPGA比较
FPGA技术优势
- 速度快，与常见的 CPU相比，CPU采用冯诺依曼结构，CPU要执行某些指令需要指令存储器，译码器和各种指令的运算器就会消耗一部分时间，同时CPU还需要共享内存， 势必会导致访问仲裁，这样就会使速度变慢，FPGA的每个逻辑单元在编译的逻辑单元在编译的时候就已经确定了，他执行不需要指令，也不需要内存共享，它的硬件结构决定了它的速度快
- 效率高，FPGA利用了它的硬件并行优势打破了传统的顺序执行的模式，在每个时钟周期内可以完成更多的处理任务，与传统顺序执行的单片机相比，FPGA的效率更高
- 低延时，若CPU处理一个数据包需要十个步骤，FPGA可以搭建一个十级流水线，流水线不同级别能处理不同数据包，每个数据包流经十级流水线后处理完成，每处理完成一个数据就直接输出,但是GPU是做十个寄存单元，每个寄存单元必须按照统一的步调做相同的事情，每次只能处理相同的步骤，要求十个数据包,必须一起输入一起输出，输如输出延时就增加了，当面对流水线计算任务的时候，FPGA比GPU有天生延迟方向的优势
- FPGA属于半定制电路，可用于专用集成电路的设计与验证，它的可重构性可以节省专用集成电路的开发费用，缩短开发周期，降低设计风险，同时也便于一些专用设备的升级
- 开发灵活方便，FPGA的IO口资源具有数量多，可编程的特点，设计和使用过程中更加灵活，她不像传统的单片机IO口功能是固定的，同时 会提供诸多的IP核，可以大大缩短开发周期，提高设计的稳定性，使FPGA的开发更加方便，快捷接口丰富，IO口资源有不同的bank,每个bank均可支持输出电压的配置，从3.3v到1.2v不等 支持cmos,ttl电平标准，还支持lvds差分输出，内置高速串行解码器
- 既然优势众多，为什么没有单片机的使用范围广泛呢，原因是它的价格，单片机价格远远低于FPGA，FPGA根据性能和资源量的不同，价格也有很大的差异，FPGA的价格从几十元到几十万元不等，如果能够实现相同功能，单片机能够实现就不会选择价格昂贵的
FPGA的应用方向
- 通信领域可以分为有线通信领域和无线通信领域，在有线通信领域，可以实现任何设备间的业务连接，比如所从广域网到城域网，再到移动回城接入网；在无线领域，由于FPGA自身可嵌入处理器 soPC，比如现在的5g时代，就是FPGA的主战场
- 视频图像处理，由于人们对视频图形的清晰度要求越来越高，导致视频图像的处理数据量越来越大，FPGA的高速和并行执行能力可以满足这一需求，最关键的一点优势是可以进行实时流水线运算，它能达到最高的实时性，因此在一些实时性比较高的应用领域，做图像处理只能用FPGA，比如说高速分拣设备，因为在相机看到物料图像到执行指令的时间是非常短的，这就要求图像处理速度要非常快，而且延时固定
- 人工智能领域，FPGA可以实现深度学习加速器，再加上FPGA的可重构性，便于实现算法的灵活调整,这样使得FPGA在人工智能领域有举足轻重的作用
- 汽车驾驶领域，主要有两个方面的应用，一个是高级辅助驾驶（ADAS），另一个是自动驾驶（AD），高级辅助驾驶是利用安装在车上的传感器,摄像头以及卫星导航等 在汽车行驶过程中手机数据对静态和动态物体识别，侦测与追踪，结合导航数据进行系统的运算与分析，实现危险的预知，增加汽车驾驶的舒适度与安全性，FPGA的低延时,高速高效的优势在高级辅助驾驶可以得到很好的应用，ad是与人工智能和大数据相结合，实现自动驾驶
- 医疗设备，如呼吸辅助设备，核磁共振设备，超音波设备等都有使用SOPC的FPGA组件所整合的设备产品
- 数字信号处理，FPGA支持并行处理，他可以在每个时钟周期内完成更多的处理任务，它超越了传统的dsp数字信号处理器的运算能力，而且他的密度和性能都在不断提高，已经可以在很多领域替代传统的dsp解决方案
- IC原型验证，可以在IC流片之前对芯片功能和性能作出评估，同时可以给软件设计人员提供设计平台
国内外FPGA产业现状
