FPGA的基本結(jié)構(gòu)-塊隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器模塊（BRAM）：塊隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器模塊（BRAM）是FPGA中用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的重要部分，它是一種集成電路，服務(wù)于各個(gè)行業(yè)控制的應(yīng)用型電路。BRAM能夠存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，并且支持高速讀寫(xiě)操作。針對(duì)數(shù)據(jù)端口傳輸?shù)奈恢谩⒋鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)、元件功能等要素，BRAM提供了一種極為穩(wěn)定的邏輯存儲(chǔ)方式。在實(shí)際應(yīng)用中，比如在數(shù)據(jù)處理、圖像存儲(chǔ)等場(chǎng)景下，BRAM能夠快速地存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù)，為FPGA高效地執(zhí)行各種任務(wù)提供了有力的存儲(chǔ)支持，保證了數(shù)據(jù)處理的連續(xù)性和高效性。FPGA 設(shè)計(jì)文檔需記錄時(shí)序約束與資源分配。河北FPGA平臺(tái)
FPGA在醫(yī)療超聲診斷設(shè)備中的應(yīng)用醫(yī)療超聲診斷設(shè)備需實(shí)現(xiàn)高精度超聲信號(hào)采集與實(shí)時(shí)影像重建，F(xiàn)PGA憑借多通道數(shù)據(jù)處理能力，成為設(shè)備功能實(shí)現(xiàn)的重要組件。某品牌的便攜式超聲診斷儀中，F(xiàn)PGA負(fù)責(zé)128通道超聲信號(hào)的同步采集，采樣率達(dá)60MHz，同時(shí)對(duì)采集的原始信號(hào)進(jìn)行濾波、放大與波束合成處理，影像數(shù)據(jù)生成時(shí)延控制在30ms內(nèi)，影像分辨率達(dá)1024×1024。硬件設(shè)計(jì)上，F(xiàn)PGA與高速ADC芯片直接連接，采用差分信號(hào)傳輸線路減少電磁干擾，確保微弱超聲信號(hào)的精細(xì)采集；軟件層面，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)基于FPGA編寫(xiě)了并行波束合成算法，通過(guò)調(diào)整聲波發(fā)射與接收的延遲，實(shí)現(xiàn)不同深度組織的清晰成像，同時(shí)集成影像增強(qiáng)模塊，提升細(xì)微病灶的顯示效果。此外，F(xiàn)PGA的低功耗特性適配便攜式設(shè)備需求，設(shè)備連續(xù)工作8小時(shí)功耗6W，滿(mǎn)足基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)戶(hù)外診療場(chǎng)景，使設(shè)備在偏遠(yuǎn)地區(qū)的使用率提升20%，診斷報(bào)告生成時(shí)間縮短30%。 開(kāi)發(fā)板FPGA加速卡音頻處理算法在 FPGA 中實(shí)現(xiàn)低延遲輸出。
FPGA在高性能計(jì)算領(lǐng)域也有著獨(dú)特的應(yīng)用場(chǎng)景。在一些對(duì)計(jì)算速度和并行處理能力要求極高的科學(xué)計(jì)算任務(wù)中，如氣象模擬、分子動(dòng)力學(xué)模擬等，傳統(tǒng)的計(jì)算架構(gòu)可能無(wú)法滿(mǎn)足需求。FPGA的并行計(jì)算能力使其能夠?qū)?fù)雜的計(jì)算任務(wù)分解為多個(gè)子任務(wù)，同時(shí)進(jìn)行處理。在矩陣運(yùn)算中，F(xiàn)PGA可以通過(guò)硬件邏輯實(shí)現(xiàn)高效的矩陣乘法和加法運(yùn)算，提高計(jì)算速度。與通用CPU和GPU相比，F(xiàn)PGA在某些特定算法的計(jì)算上能夠?qū)崿F(xiàn)更高的能效比，即在消耗較少功率的情況下完成更多的計(jì)算任務(wù)。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA可用于加速數(shù)據(jù)的讀取、寫(xiě)入和分析過(guò)程，提升整個(gè)系統(tǒng)的性能，為高性能計(jì)算提供有力支持。
FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）的架構(gòu)由可編程邏輯單元、互連資源、存儲(chǔ)資源和功能模塊四部分構(gòu)成?？删幊踢壿媶卧圆檎冶恚↙UT）和觸發(fā)器（FF）為主，LUT負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能，例如與門(mén)、或門(mén)、異或門(mén)等基礎(chǔ)邏輯運(yùn)算，常見(jiàn)的LUT有4輸入、6輸入等類(lèi)型，輸入數(shù)量越多，可實(shí)現(xiàn)的邏輯功能越復(fù)雜；觸發(fā)器則用于存儲(chǔ)邏輯狀態(tài)，保障時(shí)序邏輯的穩(wěn)定運(yùn)行?；ミB資源包括導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)矩陣，可將不同邏輯單元靈活連接，形成復(fù)雜的邏輯電路，其布線靈活性直接影響FPGA的資源利用率和時(shí)序性能。存儲(chǔ)資源以塊RAM（BRAM）為主，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或程序代碼，部分FPGA還集成分布式RAM，滿(mǎn)足小容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。功能模塊涵蓋DSP切片、高速串行接口（如SerDes）等，DSP切片擅長(zhǎng)處理乘法累加運(yùn)算，適合信號(hào)處理場(chǎng)景，高速串行接口則支持高帶寬數(shù)據(jù)傳輸，助力FPGA與外部設(shè)備快速交互。 FPGA 設(shè)計(jì)需權(quán)衡開(kāi)發(fā)成本與性能需求。
FPGA的發(fā)展歷程-發(fā)明階段：FPGA的發(fā)展可追溯到20世紀(jì)80年代初，在1984-1992年的發(fā)明階段，1985年賽靈思公司（Xilinx）推出FPGA器件XC2064，這款器件具有開(kāi)創(chuàng)性意義，卻面臨諸多難題。它包含64個(gè)邏輯模塊，每個(gè)模塊由兩個(gè)3輸入查找表和一個(gè)寄存器組成，容量較小。但其晶片尺寸非常大，甚至超過(guò)當(dāng)時(shí)的微處理器，并且采用的工藝技術(shù)制造難度大。該器件有64個(gè)觸發(fā)器，成本卻高達(dá)數(shù)百美元。由于產(chǎn)量對(duì)大晶片呈超線性關(guān)系，晶片尺寸增加5%成本便會(huì)翻倍，這使得初期賽靈思面臨無(wú)產(chǎn)品可賣(mài)的困境，但它的出現(xiàn)開(kāi)啟了FPGA發(fā)展的大門(mén)。智能交通燈用 FPGA 根據(jù)車(chē)流調(diào)整信號(hào)。專(zhuān)注FPGA資料下載
FPGA 支持多種接口標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)。河北FPGA平臺(tái)
FPGA驅(qū)動(dòng)的智能電網(wǎng)電力電子設(shè)備控制與保護(hù)系統(tǒng)智能電網(wǎng)中電力電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)乎電網(wǎng)安全，我們基于FPGA開(kāi)發(fā)控制與保護(hù)系統(tǒng)。在設(shè)備控制方面，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器、變流器等設(shè)備的PWM脈沖調(diào)制，通過(guò)優(yōu)化調(diào)制算法，將設(shè)備的轉(zhuǎn)換效率提升至98%，諧波含量降低至5%以下。在故障保護(hù)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的電壓、電流等參數(shù)，當(dāng)檢測(cè)到過(guò)壓、過(guò)流等異常情況時(shí)，F(xiàn)PGA可在10微秒內(nèi)切斷功率器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，較傳統(tǒng)保護(hù)裝置響應(yīng)速度提升80%。在某風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用中，該系統(tǒng)成功避免因電力電子設(shè)備故障引發(fā)的電網(wǎng)連鎖反應(yīng)，保障了風(fēng)電場(chǎng)與主電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，系統(tǒng)還支持設(shè)備參數(shù)在線調(diào)整與遠(yuǎn)程升級(jí)，通過(guò)FPGA的動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)，可在不中斷設(shè)備運(yùn)行的情況下更新控制策略，提高電力電子設(shè)備的適應(yīng)性與運(yùn)維效率。河北FPGA平臺(tái)
