FPGA 的基本結構 - 輸入輸出塊（IOB）：輸入輸出塊（IOB）在 FPGA 中扮演著 “橋梁” 的角色，負責連接 FPGA 芯片和外部電路。它承擔著 FPGA 數(shù)據(jù)信號收錄和傳輸?shù)年P鍵作業(yè)要求，支持多種電氣標準，如 LVDS、PCIe 等。通過 IOB，F(xiàn)PGA 能夠與外部的各種設備，如傳感器、執(zhí)行器、其他集成電路等進行順暢的通信。無論是將外部設備采集到的數(shù)據(jù)輸入到 FPGA 內部進行處理，還是將 FPGA 處理后的結果輸出到外部設備執(zhí)行相應操作，IOB 都發(fā)揮著至關重要的作用，確保了 FPGA 與外部世界的數(shù)據(jù)交互準確無誤。邏輯優(yōu)化可提升 FPGA 的資源利用率。山東核心板FPGA代碼
FPGA 的工作原理 - 比特流加載與運行：當 FPGA 上電時，就需要進行比特流加載操作。比特流可以通過各種方法加載到設備的配置存儲器中，比如片上非易失性存儲器、外部存儲器或配置設備。一旦比特流加載完成，配置數(shù)據(jù)就會開始發(fā)揮作用，對 FPGA 的邏輯塊和互連進行配置，將其設置成符合設計要求的數(shù)字電路結構。此時，F(xiàn)PGA 就像是一個被 “組裝” 好的機器，各個邏輯塊和互連協(xié)同工作，形成一個完整的數(shù)字電路，能夠處理輸入信號，按照預定的邏輯執(zhí)行計算，并根據(jù)需要生成輸出信號，從而完成設計者賦予它的各種任務，如數(shù)據(jù)處理、信號運算、控制操作等廣東開發(fā)FPGA板卡設計Verilog 與 VHDL 是 FPGA 常用的編程語言。
FPGA在航空航天領域的重要性：航空航天領域對電子設備的可靠性、性能和小型化有著極高的要求，F(xiàn)PGA正好滿足了這些需求。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA用于實現(xiàn)信號的調制解調、信道編碼以及數(shù)據(jù)的存儲和轉發(fā)等功能。由于衛(wèi)星所處的環(huán)境復雜，面臨著輻射、溫度變化等多種惡劣條件，F(xiàn)PGA的高可靠性使其能夠穩(wěn)定運行，確保衛(wèi)星通信的暢通。同時，F(xiàn)PGA的可重構性使得衛(wèi)星在軌道上能夠根據(jù)不同的任務需求和通信環(huán)境，靈活調整通信參數(shù)和處理算法。例如，當衛(wèi)星進入不同的軌道區(qū)域，通信信號受到不同程度的干擾時，可通過地面指令對FPGA進行重新編程，優(yōu)化信號處理算法，提高通信質量。此外，F(xiàn)PGA的高性能和小型化特點，有助于減輕衛(wèi)星的重量，降低功耗，提高衛(wèi)星的整體性能和使用壽命。
FPGA在數(shù)據(jù)中心的應用場景：數(shù)據(jù)中心作為大數(shù)據(jù)存儲和處理的重要場所，面臨著數(shù)據(jù)量巨大、處理速度要求高的挑戰(zhàn)，F(xiàn)PGA在其中有著廣泛的應用場景。在數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡架構中，F(xiàn)PGA可用于網(wǎng)絡包處理和流量管理。隨著數(shù)據(jù)流量的急劇增長，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡設備在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)包時往往會出現(xiàn)性能瓶頸。FPGA能夠快速對數(shù)據(jù)包進行分類、過濾和轉發(fā)，優(yōu)化網(wǎng)絡流量，提高數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的吞吐量和效率。同時，在數(shù)據(jù)加密和破譯方面，F(xiàn)PGA也發(fā)揮著重要作用。為了保障數(shù)據(jù)的安全性，數(shù)據(jù)在傳輸和存儲過程中需要進行加密處理。FPGA憑借其高速的計算能力，能夠實現(xiàn)高效的加密算法，對大量數(shù)據(jù)進行快速加密和***操作，確保數(shù)據(jù)的安全傳輸和存儲。此外，對于一些需要實時處理的數(shù)據(jù)任務，如實時數(shù)據(jù)分析、人工智能推理等，F(xiàn)PGA的低延遲和并行處理能力能夠滿足這些任務對處理速度的嚴格要求，提升數(shù)據(jù)中心的整體性能。 視頻監(jiān)控設備用 FPGA 實現(xiàn)目標識別加速。
相較于通用處理器，F(xiàn)PGA 在特定任務處理上有優(yōu)勢。通用處理器雖然功能可用，但在執(zhí)行任務時，往往需要通過軟件指令進行順序執(zhí)行，面對一些對實時性和并行處理要求較高的任務時，性能會受到限制。而 FPGA 基于硬件邏輯實現(xiàn)功能，其硬件結構可以同時處理多個任務，具備高度的并行性。在數(shù)據(jù)處理任務中，F(xiàn)PGA 能夠通過數(shù)據(jù)并行和流水線并行等方式，將數(shù)據(jù)分成多個部分同時進行處理，提高了處理速度。例如在信號處理領域，F(xiàn)PGA 可以實時處理高速數(shù)據(jù)流，快速完成濾波、調制等操作，而通用處理器在處理相同任務時可能會出現(xiàn)延遲，無法滿足實時性要求 。硬件描述語言是 FPGA 設計的重要工具。山西國產FPGA特點與應用
嵌入式系統(tǒng)中 FPGA 擴展處理器功能邊界。山東核心板FPGA代碼
FPGA驅動的智能安防視頻行為分析系統(tǒng)智能安防對視頻監(jiān)控的智能化要求不斷提升，我們基于FPGA開發(fā)了視頻行為分析系統(tǒng)。在視頻解碼環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了解碼加速，在處理4K視頻時，解碼幀率可達60fps，且功耗較CPU方案降低了70%。在目標檢測方面，采用輕量化的YOLOv5算法，通過FPGA并行計算優(yōu)化，在1080p分辨率下，檢測速度達到120fps，可實時識別行人、車輛等目標。在行為分析層面，系統(tǒng)內置了跌倒檢測、異常徘徊、入侵檢測等多種算法。當檢測到異常行為時，可在200ms內觸發(fā)報警，并通過短信、郵件等方式通知管理人員。在某大型商場的實際應用中，該系統(tǒng)成功預防12起，處理突發(fā)事件響應效率提升了80%。此外，系統(tǒng)支持歷史視頻檢索功能，通過特征提取與比對，可快速定位目標行為發(fā)生的時間節(jié)點，為安防事件調查提供了有力支持。 山東核心板FPGA代碼
