1.2.2 FPGA 的发展概况
FPGA/CPLD、DSP 和 CPU 被称为未来数字电路系统的 3 块基石,也是目前硬
件设计研究的热点
[11]
。过去的数字信号处理实现中,大多采用 ASIC 和 DSP,但这
类器件都有一定的缺陷。ASIC 处理速度快,但开发成本高,而且部功能不可改变,
这样系统的可重构性差;DSP 可以通过更改软件来改变其功能,其重构性好,但它
的处理速度慢,逐渐跟不上越来越高的信号处理速度的要求。
20 世纪 90 年代以来,微电子技术以惊人的速度发展,其工艺水平达到深亚微
米级,在一个芯片上可集成数百万乃至上千万只晶体管。这为制造出规模更大,速
度更快和信息容量更大的芯片系统提供了条件,促进了电子设计自动化(EDA)技术
的发展。FPGA 的出现就是超大规模数字集成电路技术和计算机辅助设计技术发展
的结果
[7]
。与传统的设计方法相比,FPGA 具有功能强大,开发过程投资小、周期
短,可反复编程修改,性能好,开发工具智能化等特点,正好充分发挥了软件无线
电可编程能力强,易于升级的特点,用 FPGA 取代或部分取代专用 ASIC 芯片可提
高灵活性。FPGA 允许电路设计者利用基于计算机的开发平台,经过设计输入、仿
真、测试和校验,直到达到预期的结果。采用 FPGA 器件可以将原来的电路板级产
品集成为芯片级产品,同时还可以很方便地对设计进行在线修改,它成为研制开发
的理想器件之一。FPGA 可以看作是介于 ASIC 和 DSP 之间的一种实现手段,它既
具有 ASIC 的高速处理能力,又拥有很好的可重构性能,而且开发成本低,开发周
期短,优势十分明显
[12]
。虽然 FPGA 的思路来源于门阵列,但它与门阵列 PLD 不
同,其部由许多独立的可编程逻辑模块(CLB)组成,逻辑块之间可以灵活地相互连
接。FPGA 的结构一般分为三部分:可编程逻辑块、可编程 I/O 模块和可编程部连
线,现场可编程是指用户在自己的工作室编程。世界上主要的 FPGA 生产商是美
国 Altera 公司和 Xilinx 公司,总共占据了全球市场份额的 60%以上。当前,Altera
公司的主流产品为大规模的 Stratix 系列和中规模、低成本、高性价比的 Cyclone
系列,并分别推出了两者的下一代产品 StratixⅡ和 CycloneⅡ。
近年来,FPGA 工艺发展很快,FPGA 的工作时钟频率也不断增高,使芯片的
处理能力增强。随着大规模可编程逻辑器件的发展,系统设计进入“片上可编程系
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