FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）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、或門、異或門等基礎(chǔ)邏輯運(yùn)算，常見(jiàn)的LUT有4輸入、6輸入等類型，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。互連資源包括導(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。 工業(yè)以太網(wǎng)用 FPGA 實(shí)現(xiàn)協(xié)議解析加速。上海初學(xué)FPGA學(xué)習(xí)視頻

FPGA在軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用保障：軌道交通信號(hào)系統(tǒng)是保障列車安全運(yùn)行的關(guān)鍵，對(duì)設(shè)備的可靠性、實(shí)時(shí)性和安全性要求極高，F(xiàn)PGA在其中的應(yīng)用為信號(hào)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。在列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)（ATP）中，F(xiàn)PGA用于實(shí)現(xiàn)列車位置檢測(cè)、速度計(jì)算和安全距離控制等功能。通過(guò)對(duì)接收到的軌道電路信號(hào)、應(yīng)答器信息和車載傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，F(xiàn)PGA準(zhǔn)確計(jì)算列車的實(shí)時(shí)位置和運(yùn)行速度，并與前方列車的位置信息進(jìn)行比較，生成速度限制命令，確保列車之間保持安全距離。在列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）中，F(xiàn)PGA能夠處理大量的列車運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和調(diào)度命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度優(yōu)化。它可以對(duì)列車的到站時(shí)間、發(fā)車時(shí)間、運(yùn)行區(qū)間等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)更新和分析，為調(diào)度人員提供準(zhǔn)確的決策依據(jù)，提高軌道交通的運(yùn)行效率。此外，F(xiàn)PGA的高抗干擾能力和容錯(cuò)設(shè)計(jì)能夠適應(yīng)軌道交通復(fù)雜的電磁環(huán)境和惡劣的工作條件，確保信號(hào)系統(tǒng)在發(fā)生局部故障時(shí)仍能維持基本功能，保障列車的安全運(yùn)行。FPGA的可維護(hù)性也使得信號(hào)系統(tǒng)能夠方便地進(jìn)行功能升級(jí)和故障修復(fù)，降低了系統(tǒng)的維護(hù)成本。山東工控板FPGA加速卡FPGA 的動(dòng)態(tài)重構(gòu)無(wú)需更換硬件即可升級(jí)。

    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，滿足基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)戶外診療場(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%。

FPGA的靈活性堪稱其一大優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)的集成電路（ASIC）不同，ASIC一旦設(shè)計(jì)制造完成，其功能便固定下來(lái)，難以更改。而FPGA允許用戶根據(jù)實(shí)際需求，通過(guò)編程對(duì)其內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行靈活配置。這意味著在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如果需要對(duì)功能進(jìn)行調(diào)整或升級(jí)，工程師無(wú)需重新設(shè)計(jì)和制造芯片，只需修改編程數(shù)據(jù)，就能讓FPGA實(shí)現(xiàn)新的功能。例如在產(chǎn)品迭代過(guò)程中，可能需要增加新的通信協(xié)議支持或優(yōu)化數(shù)據(jù)處理算法，利用FPGA的靈活性，就能輕松應(yīng)對(duì)這些變化，縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低了研發(fā)成本，為創(chuàng)新和快速響應(yīng)市場(chǎng)需求提供了有力支持。鎖相環(huán)為 FPGA 提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)源。

FPGA的可重構(gòu)性為其在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中帶來(lái)了極大的優(yōu)勢(shì)。在一些需要根據(jù)不同任務(wù)或環(huán)境條件動(dòng)態(tài)調(diào)整功能的系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA的可重構(gòu)特性使其能夠迅速適應(yīng)變化。比如在通信系統(tǒng)中，不同的通信協(xié)議和頻段要求設(shè)備具備不同的處理能力。FPGA可以在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)重新加載不同的配置數(shù)據(jù)，快速切換到適應(yīng)新協(xié)議或頻段的工作模式，無(wú)需更換硬件設(shè)備。在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線上，當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)發(fā)生變化，需要調(diào)整控制邏輯時(shí)，F(xiàn)PGA也能通過(guò)可重構(gòu)性，及時(shí)實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換，提高生產(chǎn)線的靈活性和適應(yīng)性，滿足多樣化的生產(chǎn)需求。FPGA 技術(shù)推動(dòng)數(shù)字系統(tǒng)向靈活化發(fā)展！福建安路FPGA編程

圖像處理算法可在 FPGA 中硬件加速！上海初學(xué)FPGA學(xué)習(xí)視頻

FPGA的工作原理-布局布線階段：在完成HDL代碼到門級(jí)網(wǎng)表的轉(zhuǎn)換后，便進(jìn)入布局布線階段。此時(shí)，需要將網(wǎng)表映射到FPGA的可用資源上，包括邏輯塊、互連和I/O塊。布局過(guò)程要合理地安排各個(gè)邏輯單元在FPGA芯片上的物理位置，就像精心規(guī)劃一座城市的建筑布局一樣，要考慮到各個(gè)功能模塊之間的連接關(guān)系、信號(hào)傳輸延遲等因素。布線則是通過(guò)可編程的互連資源，將這些邏輯單元按照設(shè)計(jì)要求連接起來(lái)，形成完整的電路拓?fù)?。這個(gè)過(guò)程需要優(yōu)化布局和布線，以滿足性能、功耗和面積等多方面的限制，確保FPGA能夠高效、穩(wěn)定地運(yùn)行設(shè)計(jì)的電路功能。上海初學(xué)FPGA學(xué)習(xí)視頻