什么是FPGA？

什么是FPGA，FPGA与MCU的区别是什么？

以你每天的晚餐为例，MCU就像一个能力非常强的超人，它一个人就能很好的完成的任务，比如买菜、洗菜、切菜、做饭。而FPGA则像很多普通人的一个集合，买菜由配菜员负责，洗菜由洗菜工负责，切菜由切菜工负责，做饭由大厨师负责。

虽然结果都是你按时享受到了丰盛的晚餐，但MCU和FPGA的处理方法确有不同。

1. MCU简介

上图为MCU的简略架构，它将ROM、RAM、CPU、I/O集合在同一个芯片中，为不同的应用场合做不同组合控制。

CPU最显著的特征便是“顺序执行”，这很符合人类大脑的思考方式，而总线就像人类的脊髓一样，CPU通过总线与外界进行交互，收集外界信息，或者发出某项行动指令。

2. FPGA简介

上述为lattice的一款FPGA架构，你可以把它想象成一块放满电子元件的硬件电路板，图中“电路板”上的元件有IIC和SPI硬核接口“器件”，有NVCM程序存储“器件”，有RAM数据存储“器件”，还有最小单元的LUT（查找表）器件。

一般FPGA工程师会使用硬件描述语言Verilog或者VHDL对FPGA进行“编程”，之后，再经过厂家提供的FPGA开发工具（Diamond或Radiant）的综合、布局、布线，会产生bit文件或bin文件。

如果工程师将最终产生的bit文件或bin文件下载到FPGA中，就相当于一位硬件工程师，在FPGA芯片这块已经放置了“元件”的“电路板”上，进行了布线操作。（也就是把毫无关联的与器件，用铜线连接起来）

下载程序后的FPGA，我们就不能简单称之为“电路板”了。举个例子，FPGA实现的功能是SPI转并口，那么这块FPGA就可以称为“spi接口转换板”。

当然，FPGA和“电路板”终究是不同的，FPGA可以进行重复编程，相当于一块可以反复布线的电路板。

2.1 FPGA优缺点

FPGA优点：

（1） FPGA由逻辑单元、RAM、乘法器等硬件资源组成，通过将这些硬件资源合理组织，可实现乘法器、寄存器、地址发生器等硬件电路。

（2） FPGA可通过使用框图或者Verilog HDL来设计，从简单的门电路到FIR或者FFT电路。

（3） FPGA可无限地重新编程，加载一个新的设计方案只需几百毫秒，利用重配置可以减少硬件的开销。

（4） FPGA的工作频率由FPGA芯片以及设计决定，可以通过修改设计或者更换更快的芯片来达到某些苛刻的要求（当然，工作频率也不是无限制的可以提高，而是受当前的IC工艺等因素制约）。

FPGA缺点：

（1） FPGA的所有功能均依靠硬件实现，无法实现分支条件跳转等操作。

（2） FPGA只能实现定点运算。

2.2 国外FPGA厂家简介

FPGA行业比较出名的是Xilinx，其次Altera，不过Altera目前已被Intel收购，上述两家的FPGA大都用于工业、通讯行业，而且内部逻辑非常大，成本也比较高。

Lattice FPGA则把自己定位在中低端（逻辑资源小）以及消费行业，主打低成本、低功耗，高性价比，IPhone就曾用过lattice的一款ICE40芯片。

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