FPGA,全称 Field Programmable Gate Array,即 现场可编程门阵列,是一种高规格的集成电路,它通过不断配置和拼接,可以实现无限精度的函数功能。与CPU或GPU等固定数据类型位宽不同,FPGA能够实现非常灵活的逻辑功能。FPGA内部装满了大量小电子元件,类似于无数一模一样的小积木块,并配备了许多看不见的“隐形电线”,即布线资源。设计人员可以通过编程这些小元件,按照自己的想法搭建出任何数字电路。
FPGA的基本结构包括可编程逻辑单元(CLB)、查找表(LUT)、触发器、数字时钟管理模块、嵌入式块RAM、布线资源、内嵌专用硬核和底层内嵌功能单元等。其中,可编程逻辑单元是FPGA实现逻辑功能的核心区域,查找表用于快速实现各种逻辑运算,触发器则用于存储数据状态,保障电路的时序稳定性。
FPGA广泛应用于原型验证、通信、汽车电子、工业控制、航空航天、数据中心等领域。它就像一块面包板,作为专用集成电路领域中的一种半定制电路,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA具有更高的集成度、更强的逻辑功能和更大的灵活性,已成为设计数字电路或系统的首选器件之一。
FPGA的设计过程通常包括使用硬件描述语言(如Verilog或VHDL)完成电路设计,然后进行综合与布局,最后快速烧录至FPGA上进行测试。这种设计方式使得FPGA能够适应不断变化的需求,提高设计效率和灵活性。