FPGA是什么及其应用领域

目前,在嵌入式系统开发领域,除了单片机、DSP、ARM之外,FPGA已经成为热门方向。尤其是在图像处理信号采集通信等领域应用非常广泛。目前,随着深度学习的发展与应用,FPGA在AI加速方向逐渐展示出不可替代的优势。

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一、FPGA基本概念

FPGA究竟是什么?简单来讲,我认为就是一块可以由工程师反复、灵活编程逻辑器件
大家应该听说过ASIC,也就是专用集成电路。顾名思义,它是为了实现特定功能而设计的。一旦设计好,后面无法对其进行改进。而FPGA是可以通过编程对其要实现的功能进行反复修改的。
同样具有可编程特点的还有ARM、DSP等,但是这二者内部指令都是串行执行的。而FPGA的编程更多的为硬件设计,编译器将硬件语言创建为相应的硬件电路,每条语句为独立并行的硬件。因此,FPGA的最大优势在于其并行计算特性。

二、FPGA基本结构

FPGA的基本结构主要为:

  • 查找表(LUT):用于实现各种基本的逻辑功能
  • 触发器(FF):用于存储LUT输出结果的寄存器资源
  • 输入、输出端口:FPGA芯片与外部资源互联的接口
  • 线:用于连接FPGA内部各个模块
  • DSP48块:加减器连接到乘法器,再连接到一个乘累加器

除此之外,FPGA内部还集成了一些其它资源:(1)FPGA片上存储器,(2)PLL时钟发生器,(3)乘法累积模块,(4)片外存储器控制器,(5)高速串行收发器。

三、FPGA应用领域

1.时序控制

通过软件中断的时序控制,不如FPGA时序更固定,以及实时性更好。

2.信号采集(处理)

例如高速ADC、图像传感器数据采集等。

3.原型验证、片上系统等

通信、图像(视频)实时处理、ASIC原型开发、高性能计算(AI加速)等领域。

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