FPGA（Field - Programmable Gate Array）即现场可编程门阵列，是一种在 PAL（可编程阵列逻辑）、GAL（通用阵列逻辑）等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
1、内部结构特点
FPGA 主要由可编程逻辑单元（CLB，Configurable Logic Block）、输入输出单元（IOB，Input/Output Block）和可编程互连资源（PI，Programmable Interconnect）三大部分组成。
可编程逻辑单元（CLB）：它是 FPGA 的核心部分，能够实现各种组合逻辑和时序逻辑功能。例如，它可以被配置成加法器、计数器、状态机等基本数字逻辑电路。这些 CLB 在 FPGA 芯片内部通常呈阵列分布，通过可编程互连资源连接在一起，就像一个个可以灵活拼接的积木块，能够构建出复杂的数字系统。
输入输出单元（IOB）：主要负责芯片与外部设备之间的数据和信号传输。它们可以被配置为不同的电气标准，比如 LVTTL（低压晶体管 - 晶体管逻辑）、LVCMOS（低压互补金属 - 氧化物 - 半导体）等，以适应各种不同的外部接口要求。这样一来，FPGA 就能够方便地与微处理器、存储器、传感器等多种外部设备进行连接通信。
可编程互连资源（PI）：这是 FPGA 中用于连接各个 CLB 和 IOB 的 “纽带”。它包括各种金属连线和可编程开关矩阵，能够根据设计需求灵活地建立不同模块之间的连接路径。例如，在一个数字信号处理系统中，通过编程互连资源可以将负责数据采集的 IOB、进行数据处理的 CLB 以及输出处理结果的 IOB 按照特定的算法和流程连接起来，实现信号的完整处理。
2、工作原理
FPGA 的工作是基于查找表（LUT，Lookup Table）技术。查找表本质上是一个存储单元，它预先存储了所有可能的输入组合对应的输出结果。以一个简单的 2 - 输入逻辑函数为例，它有 4 种可能的输入组合（00、01、10、11），查找表可以存储这 4 种输入组合对应的输出值。当实际输入信号到来时，查找表根据输入快速查找并输出相应的结果，从而实现逻辑功能。
FPGA 的可编程性体现在可以通过专门的编程工具和编程语言（如 VHDL 或 Verilog）对其内部的 CLB、IOB 和 PI 进行配置。设计人员可以根据具体的应用需求，像编写软件代码一样编写硬件描述语言代码，然后经过综合、布线等过程，将代码所描述的功能映射到 FPGA 的实际硬件结构中。例如，在设计一个图像采集与处理系统时，设计人员可以使用 VHDL 语言描述图像传感器接口模块（利用 IOB）、图像数据处理模块（利用 CLB）以及处理结果输出模块，然后通过编程工具将这些模块配置到 FPGA 中，使其按照设计要求工作。
3、应用领域
通信领域：在通信设备中，FPGA 可以用于实现高速数据收发、信号调制解调等功能。例如，在 5G 基站中，FPGA 能够处理大量的高速基带信号，对信号进行滤波、变频等操作，而且由于 FPGA 的可编程性，通信设备制造商可以根据不同的通信标准（如不同的频段、调制方式等）快速对 FPGA 进行重新配置，提高设备的灵活性和适应性。
数字信号处理（DSP）领域：FPGA 非常适合用于实现各种数字信号处理算法，如快速傅里叶变换（FFT）、数字滤波器等。与传统的 DSP 芯片相比，FPGA 可以根据具体的算法精度和速度要求进行定制化设计，而且能够通过并行处理多个数据来提高运算速度。比如在雷达信号处理系统中，FPGA 可以同时处理多个雷达回波信号，快速提取目标信息。
工业自动化领域：FPGA 可用于实现电机控制、工业机器人的运动控制等复杂的逻辑功能。在一个自动化生产线的控制系统中，FPGA 可以根据传感器反馈的信号（如温度、压力、位置等），实时调整电机的转速、机器人手臂的运动轨迹等，而且可以方便地对控制逻辑进行修改和升级。
人工智能领域：随着人工智能技术的发展，FPGA 也开始在一些特定的人工智能应用场景中发挥作用。例如，在边缘计算的图像识别系统中，FPGA 可以快速处理摄像头采集的图像数据，对图像中的目标进行初步分类和识别，减轻云端服务器的负担，并且由于 FPGA 的低功耗和高并行性特点，适合用于对功耗和实时性要求较高的边缘设备。