FPGA 世界伟大的发明

以上的“官方语言”听起来可能会让你犯迷糊，下面我们就举例说明，帮你捋一捋：早期要实现一个收音机的功能，需要电容、电阻、三极管等等一系列分立的元器件来搭建一个复杂的电路，这种集成电路，不仅占用面积大，分立的元器件使用量也比较多。

如果把这些分立的元器件集成到一个芯片中，在这个芯片的外围只需要少量的电阻、电容等配合就能实现完整的收音机功能，这就是ASIC芯片。ASIC芯片将数量庞大的分立元器件集成到芯片内部，电路板面积更小，集成度更高，电路的可靠性也变强,这些都是ASIC芯片带来的好处。

然而，ASIC在研发的过程中可能会存在这样的问题，比如研发一种数字信号发生器，研发出一版芯片之后，如果其中某些功能设计得不是很合理，或者性能达不到要求，此时就需要更改设计，更改完之后，要把设计重新提交给芯片制造厂家，芯片制造厂家要重新制造样片。在这个过程中，要是让芯片制造厂家重新做一款专用芯片的价格是非常昂贵的。它可不像设计一个电路板，如果产生飞线了，不能当作成品去卖，那就把这个错误更改之后，让电路板厂家重新做一套电路板，现在做这种电路板都不是很贵，比如做一个两层板，性能要求不高，面积不大的话，可能几十块钱都能搞定。但是做ASIC这种专用的集成电路芯片，自己设计找芯片制造厂家去做，一颗芯片不是几千上万就能做的。

这时候FPGA就发挥了它的作用，因为FPGA可以通过编写软件，用硬件描述语言Verilog HDL或者VHDL来编写程序实现信号发生器的功能，然后把这个程序烧写到FPGA芯片内部，对这个程序的功能进行测试，如果对这个功能或者性能不满意的话，可以去修改程序，改完程序经重新综合之后，生成烧写的代码放到FPGA芯片内部，这样就可以反复的实现编程，对设计的产品进行迭代，把迭代的问题通过软件的方式实现。

通过以上描述我们可以发现，ASIC芯片出厂的时候已经设计好了一系列功能，我们只需要去查Datasheet，照着功能连线就可以了。而FPGA不同，拿到它的时候是一块空白的或者半成品的芯片，这颗芯片怎么工作，或者说内部电路怎么连线都是通过编程来自主实现的，你可以拥有一定的自主权，有一部分可控，而不是单纯的去使用。这时候你就相当于是一块芯片的设计者，听起来是不是很神奇，这就是FPGA的精妙之处。所以使用FPGA就需要比使用其他的专有芯片更多的硬件知识，还要有一定的逻辑思维能力。

技术飞速的发展，对FPGA的依赖越来越高。为了让大家在学习FPGA的过程中，了解到未来在哪一个领域有属于自己的一片天空，下面细说一下FPGA的应用领域？

FPGA最广泛的应用是在通信领域，用FPGA去处理一些通信协议，并完成高速数据的收发和交换。一方面通信领域需要高速的通信协议处理方式，另一方面通信协议在随时的修改，非常不适合做成专有芯片，因此可以灵活改变功能的FPGA就成了首选，FPGA通常应用于通信设备高速接口的电路设计。

通常说的信号处理、视频、图像、图形处理等，这个方向门槛相对于第一个领域要高一些。算法还有一个FPGA的协同优化问题，很大程度上这个方向已经超过了信号处理的范畴，而且图像在往高维度一步一步的发展。传统信号是一维度的，比如声音。但是对于视频或者图像信号，图像信号是一个二维信号，视频再加上时间就是三维信号，所以这个信号的维度在逐次的增加，所以对于这些复杂的信号的处理，需要FPGA强大的处理功能，去完成各种各样的在现实生活中遇到的工程问题，那么，这就需要FPGA的开发者有非常强大的数学功底，能够理解较为复杂的数学算法，此外还要了解FPGA内部的各种资源，使之能够成为实际的一些运算电路。

也就是SoC系统级芯片，严格来说这不是在FPGA设计范畴之内，只不过说是FPGA这个平台来构建一个嵌入式系统的底层硬件环境，然后我们的设计者在上层去编写嵌入式的应用。这个不单单是使用FPGA，而是在FPGA这个平台上去构建一个操作系统，比如我们熟知的Windows系统，打开Windows的任务调度、协同工作；包括数据的存储、数据的处理，本身来说事务性的工作更加繁多。

物联网的巨大商机：监控、安防领域CPU很难做到多通道的数据处理以及智能检测分析，FPGA可以很轻松的去解决这些问题。工业自动化FPGA可以做到多通道的马达控制，目前马达电力消耗占据全球能源消耗的大头，在节能环保的趋势下，未来各类的精准控制马达将获得采用。这是FPGA大显身手的领域，一片FPGA可以控制大量马达，FPGA可以应用于智能工厂方案，在云端和网关端也有强大优势，如果跟终端控制台结合，则优势会增加。

人工智能的发展，必然是多传感器的融合。主人一回到家，音乐自动播放，电灯自动打开，安防系统就自动关闭...这些场景需要大量的融合算法，这是FPGA擅长的领域。未来机器人在控制上也需要做大量的并行控制，比如机器人的智能化需要视觉的大数据基数，对于大数据量的处理，这也是FPGA擅长的一个方面。FPGA本身是非常适合并行计算的，因为它本身是一个硬件可编程的器件，而CPU一旦固定之后大部分是靠软件的执行操作，而软件跟硬件相比下，执行效率是比不过硬件的。