什么是FPGA

Filed programmable gate array 现场可编程门朕列

可编程逻辑整列 * PLD *（Programmable Logic Device）

• PLD在上世纪70年代由专用集成电路（ASIC）发展而来，可由软件编程的方式进行反复的擦写

PLD发展历程简史

• 上世纪70年代初期出现了PROM EPROM 和EEPROM
• 在70年代中期又出现了GAL 和PAL
• 在80年代后期就产生了CPLD
• 90年代的末期又产生了SoPC和SoC（system on chip）技术

CPLD（ complex PLD）和FPGA的区别：

• CPLD 采用连续式的布线结构，较适合用来实现各种运算和组合逻辑
• FPGA 采用分段式布线结构，适用于实现循序逻辑，寄存器资源丰富

FPGA和ASIC的区别：

• ASIC是集成电路定制芯片，逻辑功能不可更改，一次流片成本很高。
• FPGA是半定制芯片 可以作为ASIC的试样片 FPGA内部有大量的RAM程序来设置工作状态，可以反复使用。

FPGA的内部结构：

• 可配置逻辑块 CLB configurable logic block 逻辑功能单元 每一个CLB包含4个Slice 采用开关矩阵方式 每个Slice内（2个寄存器输出和2个非寄存器输出-LUT查找表 独立的进位单元）
• 内部连线 interconnect 内部资源的可重配置、链接
• 输入输出模块 IOB input output Block 管理输入输出 包含输入通路（2个DDR寄存器）和输出通路（2个DDR寄存器和2个三态使能DDR寄存器）时钟和置位复位
• 逻辑单元阵列
• 数字时钟管理单元 DCM：每个期间最多12个DCM 位于芯片顶部或者底部。由时钟输入引脚驱动 可以分频倍频等等
• 块状RAM ：每块大小位18kb 双端口RAM 支持同步读写、异步读写、初始化、对输出锁存器同步复位、支持奇偶校验位
• 嵌入式的IP核： 软核、固核、硬核

FPGA和单片机的区别

+结构上的区别

单片机是一种微处理器，类似于电脑CPU的，它一般采用的是哈佛总线结构，或者冯诺依曼结构，对单片机的编程很大程度上要考虑到它的结构和各个寄存器的作用，单片机用途比较广，一般用在控制流水线上。
FPGA 它的结构是查找表结构，其程序不用去太考虑芯片的结构，要注意的是时序上问题，它的结构比较复杂，功能也很强大，一般应用在通信领域等比较高端的场合。
单片机是一个微控制器，通过加载模块软件来实现某种功能，单片机是成型的芯片;
FPGA是用来设计芯片的芯片。

• 速度上的区别

FPGA由于是硬件电路，运行速度直接取决于晶振速度，系统稳定，特别适合高速接口电路。单片机由于是单线程，哪怕是常用的M3系列流水线也是单线程执行，程序语句需要等待单片机周期才能执行。

• 本质上的区别

FPGA和单片机的区别，本质上是软件和硬件的区别，FPGA更偏向于硬件电路，而单片机更偏于软件。
单片机设计属软件范畴;它的硬件（单片机芯片）是固定的，通过软件编程语言描述软件指令在硬件芯片上的执行;
FPGA设计属硬件范畴，它的硬件（FPGA）是可编程的，是一个通过硬件描述语言在FPGA芯片上自定义集成电路的过程;

• 应用上的区别

应用上，差别更大。MCU（Microcontroller Unit，微控制单元）最终所有的指令在一个MCU中都是顺序执行的，而FPGA由于是逻辑单元，很容易做到并行执行。
MCU:微控制单元(Microcontroller Unit；MCU) ，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、> UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。

• 入门的难易程度

单片机比FPGA简单些，价格也低一些。要做PID算法控制的用单片机可以，STM32F4系列已经到300M+跑PID完全足够，如果是跑嵌入式的话可以上ARM芯片。涉及通信、图像等高速部分可以采用单FPGA模块。