FPGA是英文“Field Programmable Gate Array”的缩写,是一种可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)之一,具有高度的灵活性和可适应性。与ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)相比,FPGA不需要复杂的设计流程和制造工艺,可以在短时间内创建出符合特定需求的电路。
FPGA可以被视为一块可以做任何数字电路的芯片。设计人员可以通过使用硬件描述语言(又称为HDL,例如Verilog或VHDL)来描述所需电路的结构和行为,然后使用电路综合软件将其转换为FPGA可执行的位流文件。这个位流文件可以被上传到FPGA芯片中,并在运行时重新配置FPGA芯片的内部电路,从而实现所需电路的功能。
FPGA由大量可编程逻辑块(Programmable Logic Block,PLB)和可编程的互连网络(Programmable Interconnect Network)组成,每个逻辑块包括查找表(Look Up Table,LUT)、寄存器、多路选择器等基本电路单元,这些单元可以在不同的逻辑块之间进行连接,构成不同的逻辑电路。
互连网络负责将逻辑块连接成所需的电路。FPGA的互连网络包含大量的可编程开关,可以实现多种逻辑电路拓扑结构的自由布局和可重构性。
FPGA具有高度的灵活性和可编程性,广泛应用于数字信号处理、图像处理、音频处理、通信系统、工业控制以及科学计算等领域。在数字信号处理领域,FPGA可以实现复杂的信号处理算法,例如Fast Fourier Transform(FFT),并能够快速高效地处理数字信号。
在图像处理领域,FPGA可以处理图像的采集、编解码、分析、存储、传输等多个环节,具有低功耗、高速度、高带宽的优点。
在通信系统领域,FPGA可以实现协议转换、数据缓存、数据过滤等功能,同时可以通过可编程的逻辑实现数据加密和解密。
ASIC需要在设计开始时决定其电路结构和功能,并使用昂贵的制造工艺进行生产。因此,ASIC具有高功耗、高成本和长开发周期的缺点。而FPGA相对于ASIC具有更短的开发周期、更低的开发成本、更高的灵活性和免费量产的成本优势。
然而,ASIC在功耗、面积和性能等方面通常优于FPGA。所以,当需要大量生产,需要超过FPGA所能提供的性能和功耗时,ASIC是更好的选择。