FPGA是什么？FPGA架构和FPGA的工作原理介绍

FPGA被开发出来是为了通过使芯片可以远程编程来辅助硬件。在本指南中，我们将解释FPGA是什么，它们如何工作以及如何选择适合您的FPGA。

FPGA的全称是现场可编程门阵列。它们用于修改或定制已经制造出来的硬件，以使其在特定用途下更有效和功能更强大，并在设备出货后允许性能或安全升级。FPGA具有可定制性和多功能性，并且存在于许多现代电子设备以及广泛的市场和行业中。

FPGA是在20世纪80年代从可编程只读存储器开发而来的，但在20世纪90年代，由于其多功能性以及技术的迅速发展和互联网的发展，它们在许多设备上的应用范围将会扩大。

如今，FPGA可用于模拟环境，在产品制造前进行测试，也可用于制造后的硬件更新。FPGA在数字电视、无线通信、电子医疗设备、游戏机、计算机、智能手机以及其他诸多家用和工业设备中使用。

FPGA是一种常见的解决方案，因为它们具有可定制性，因此用途极为广泛。与安装新硬件相比，它们是一种具有成本效益的方式，可以让已经建立的硬件随着技术的进步而发展。

由于FPGA具有如此高的可定制性，它们还提供了更多的设计自由度，进而简化了设计路径。在使用它们适应特定目的之前，无需克服任何的预编程功能。

FPGA的架构指的是其结构构建。FPGA可以包含超过30万个逻辑块和1000多个输入和输出。

FPGA有三个主要部分-可编程逻辑IC、互连路由和可编程I/O块。逻辑块是包含逻辑门的地方，这些逻辑门经过编程来确定结果并修改内部的硬件。路由器运行在逻辑块之间，并将它们连接在一起，同时也连接到输出和输入，使所有块成为一个统一的单元。I/O块将FPGA连接到外部电路和设备，使其能够传递逻辑规则并修改硬件功能。

当以图表形式展示时，逻辑块以行和列相邻堆叠，之间是路由器，外围是I/O块，它们围绕着路由器和逻辑块。

在对FPGA进行编程时，您需要了解一些内容，以确保FPGA能够正确运行。首先，编写的程序需要转换为二进制代码文件，然后在安装FPGA之前将其放入FPGA中。这是因为编程形成了逻辑门的指令部分，而逻辑门根据二进制的0和1或“真”和“假”的决策过程进行操作，所以编程需要以逻辑门可以读取和利用的语言编写。这当然可以通过开发软件来完成。您可以购买一系列软件平台解决方案来协助完成FPGA安装过程中的这一部分。

什么是FPGA编程？

FPGA编程与软件编程不同，主要是基于硬件的。用于辅助FPGA的语言称为硬件描述语言（HDL）。这种FPGA编码语言用于设计和修改FPGA的行为。编码和HDL编程的区别在于它们的应用。编码涉及和修改软件，而HDL将对硬件进行物理更改。

FPGA编程语言

虽然在FPGA编程时有几种语言选择，但常见的是Verilog和VHDL。简单地说，Verilog结构基于因果关系或验证和逻辑。这种语言非常适合需要修改简单硬件功能的简单电路。这与VHDL不同，VHDL是一种设计用于高速集成电路的语言，因此在复杂的FPGA用途中更有效。

如何编程FPGA

编写FPGA的第一步是选择您的HDL语言。随着FPGA市场的大量增长，可以选择的语言数量很多，但如果您使用软件平台帮助编程，这可能会决定您需要使用的语言。

第二步是将命令拆分成可处理的部分，以便FPGA的每个部分都有自己的功能，以实现一个目标，而不是将整个FPGA作为一个大的复杂电路。

然后，需要在代码中编写每个模块的功能，并确保声明输入和输出，以完成电路并使命令达到设备。此操作完成后，所有情况下的过程都是相同的——需要将语言转换为二进制代码，以便FPGA处理它。FPGA非常灵活，您编写的代码可以进行修改或回滚，如果结果不如您所希望的那样。