什么是FPGA？

2024-11-13 13:33| 發(fā)布者: admin| 查看: 74| 評論: 0

摘要: 什么是FPGA，F(xiàn)PGA與MCU的區(qū)別是什么？以你每天的晚餐為例，MCU就像一個能力非常強的超人，它一個人就能很好的完成的任務，比如買菜、洗菜、切菜、做飯。而FPGA則像很多普通人的一個集合，買菜由配菜員負責，洗菜由 ...

什么是FPGA，F(xiàn)PGA與MCU的區(qū)別是什么？

以你每天的晚餐為例，MCU就像一個能力非常強的超人，它一個人就能很好的完成的任務，比如買菜、洗菜、切菜、做飯。而FPGA則像很多普通人的一個集合，買菜由配菜員負責，洗菜由洗菜工負責，切菜由切菜工負責，做飯由大廚師負責。

雖然結(jié)果都是你按時享受到了豐盛的晚餐，但MCU和FPGA的處理方法確有不同。

1. MCU簡介

什么是FPGA？

上圖為MCU的簡略架構(gòu)，它將ROM、RAM、CPU、I/O集合在同一個芯片中，為不同的應用場合做不同組合控制。

CPU最顯著的特征便是“順序執(zhí)行”，這很符合人類大腦的思考方式，而總線就像人類的脊髓一樣，CPU通過總線與外界進行交互，收集外界信息，或者發(fā)出某項行動指令。

2. FPGA簡介

什么是FPGA？

上述為lattice的一款FPGA架構(gòu)，你可以把它想象成一塊放滿電子元件的硬件電路板，圖中“電路板”上的元件有IIC和SPI硬核接口“器件”，有NVCM程序存儲“器件”，有RAM數(shù)據(jù)存儲“器件”，還有最小單元的LUT（查找表）器件。

一般FPGA工程師會使用硬件描述語言Verilog或者VHDL對FPGA進行“編程”，之后，再經(jīng)過廠家提供的FPGA開發(fā)工具（Diamond或Radiant）的綜合、布局、布線，會產(chǎn)生bit文件或bin文件。

如果工程師將最終產(chǎn)生的bit文件或bin文件下載到FPGA中，就相當于一位硬件工程師，在FPGA芯片這塊已經(jīng)放置了“元件”的“電路板”上，進行了布線操作。（也就是把毫無關(guān)聯(lián)的與器件，用銅線連接起來）

下載程序后的FPGA，我們就不能簡單稱之為“電路板”了。舉個例子，F(xiàn)PGA實現(xiàn)的功能是SPI轉(zhuǎn)并口，那么這塊FPGA就可以稱為“spi接口轉(zhuǎn)換板”。

當然，F(xiàn)PGA和“電路板”終究是不同的，F(xiàn)PGA可以進行重復編程，相當于一塊可以反復布線的電路板。

2.1 FPGA優(yōu)缺點

FPGA優(yōu)點：

（1） FPGA由邏輯單元、RAM、乘法器等硬件資源組成，通過將這些硬件資源合理組織，可實現(xiàn)乘法器、寄存器、地址發(fā)生器等硬件電路。

（2） FPGA可通過使用框圖或者Verilog HDL來設(shè)計，從簡單的門電路到FIR或者FFT電路。

（3） FPGA可無限地重新編程，加載一個新的設(shè)計方案只需幾百毫秒，利用重配置可以減少硬件的開銷。

（4） FPGA的工作頻率由FPGA芯片以及設(shè)計決定，可以通過修改設(shè)計或者更換更快的芯片來達到某些苛刻的要求（當然，工作頻率也不是無限制的可以提高，而是受當前的IC工藝等因素制約）。

FPGA缺點：

（1） FPGA的所有功能均依靠硬件實現(xiàn)，無法實現(xiàn)分支條件跳轉(zhuǎn)等操作。

（2） FPGA只能實現(xiàn)定點運算。

2.2 國外FPGA廠家簡介

FPGA行業(yè)比較出名的是Xilinx，其次Altera，不過Altera目前已被Intel收購，上述兩家的FPGA大都用于工業(yè)、通訊行業(yè)，而且內(nèi)部邏輯非常大，成本也比較高。

Lattice FPGA則把自己定位在中低端（邏輯資源?。┮约跋M行業(yè)，主打低成本、低功耗，高性價比，IPhone就曾用過lattice的一款I(lǐng)CE40芯片。