現場可編程門陣列（FPGA）是集成電路，使設計人員能夠編程定制的數字邏輯在現場。FPGA自20世紀80年代以來一直存在，并且最初被設想為給所有設計團隊創造定制邏輯的能力。在早期，在設計中使用FPGA意味著您必須進行大量的編程才能使FPGA執行簡單的功能，所以大多數設計人員都避免使用它們。如果你從大學畢業后就沒看過FPGAs，你會想再看一看。

　　FPGA已經從一種有用但簡陋的接口設備發展成為具有自己的微處理器、存儲器塊和接口的系統級集成電路（IC）。這是下一件大事。

　　現在正是獲得一個便宜的開發工具包，下載免費工具，并開始自己探索這個世界的好時機。這本書將幫助您了解FPGA的實際用途。

　　歡迎光臨！如果您正在閱讀本章，那么可以打賭，您是一位工程師，可能已經了解了現場可編程門陣列（FPGA）的過去，但是您現在想知道更多。也許你想知道如何使用它們與你的設計。在這一章中，我將向你們介紹FPGAs，并解釋他們解決的問題。我還討論了他們是如何做的，討論了設計的權衡和FPGA操作的真相。

　　與其他構建硬件的方式相比，FPGAs有兩件大事要做。首先，它們使您能夠精確地構建所需的硬件，而不是必須使用所有競爭者正在使用的相同的特定于應用程序的標準產品（ASSP），或者必須承擔特定于應用程序的集成電路（ASIC）設計的時間、成本和風險。

　　但是同樣重要的是，定制FPGA的能力意味著，在FPGA中，您通常能夠以比ASSP的微處理器內核中更簡單、更快、更節能的方式進行操作。

　　我很高興你問，FPGA是一種半導體器件，它的功能可以在制造后定義。FPGA使您能夠對產品特性和功能進行編程，適應新的標準，并且即使在產品已經安裝在現場之后也能夠為特定應用重新配置硬件——因此術語現場可編程。門陣列是邏輯門的二維陣列。如果你把這些東西放在一起，你可以把這些簡單的計算加起來做一些有意義的事情。

　　用較少的技術術語來說，FPGA允許您在設計中具有靈活性，并且是改變系統各部分如何工作的一種方法，而不會在設計日程中引入大量的成本和延遲風險。

　　一個簡單的例子是為汽車設計的后視鏡。如果照相機系統從圖像傳感器看到圖像到圖像幀實際出現在顯示器上需要250毫秒，并且政府法規的改變要求延遲或延遲不超過100毫秒，則可以找到調整圖像的方法。FPGA中的信號處理流水線符合新的延遲要求。這將是幾乎不可能做的基于微處理器的系統。在這個例子中，公司使用FPGA可以獲得很大的優勢，因為它不必重新設計零件或購買所有新的處理器。

　　在早期，FPGA電路是非常大的，你不能適合多到一個芯片上。設計人員所能做的就是構建一個與FPGA的接口，客戶可以重新編程該接口以執行不同的操作（例如，將操作在鍵盤輸入上的接口更改為處理來自觸摸屏設備的輸入的接口）。d他們可以用FPGA構建整個子系統，這意味著設計者不再局限于只使用ASIC來實現這些子系統。因為電路元件越來越小，設計者可以把更多的設備放在同一個芯片上——允許更復雜的功能和更快的算法，這反過來導致更快的計算和更少的功耗。

　　現代FPGA由可配置靜態隨機存取存儲器（SRAM）、高速輸入/輸出引腳（I/O）、邏輯塊和路由組成。更具體地說，FPGA包含可編程邏輯元件，自然稱為邏輯元件（LE），以及允許LE彼此物理連接的可重構互連的層次結構。您可以配置LES來執行復雜的功能，或者簡單地執行基本邏輯門，例如AND和OR。大多數FPGA還包含內存塊（關于這些主題的更多內容，請參閱“FPGA的構建塊”）。