首先，如果你從未接觸過FPGA（現場可編程門陣列），或者有過一點基礎想要繼續(xù)深入了解這個行業(yè)，在這個小節(jié)，我會向你介紹FPGA，并且向你解釋FPGA都能解決什么問題，如何解決這些問題，并討論如何將設計進行優(yōu)化等等。

在FPGA四個英文字母中，F代表著Field，即現場，那什么是現場呢？FPGA中的現場，是一種廣義上的現場，既有指代產品所處之地，又體現的是FPGA的一種“即時性”；而P是Programmable，代表著可編程；G為Gate，門，也就是數字電路之中的邏輯門；A為Array，指由邏輯門組成的陣列。將四個英文單詞組合，就是我們常說的現場可編程邏輯門陣列——FPGA。

與其他搭建硬件平臺的方式相比，FPGA做了兩件事，首先，它使你能夠自由地搭建你需要的硬件平臺，取代了從前使用ASIC（專用集成電路）時所不得不承擔的長開發(fā)時間、高額開發(fā)經費以及設計風險，另外一點，相比于其它的硬件構成，它允許你構建你所需要的硬件而不需要ASIC，而且比采用微處理器內核更簡單、快速、省電。

1.編程自由度高

FPGA貌似在數字世界里無所不能，它就像樂高的積木一樣可以搭建各種不同的功能模塊，實現你所希望的各種功能，當然，首先你必須掌握最基本的數字邏輯知識，學會一種用來構建各種功能的工具語言，再次你要動腦，一個優(yōu)秀的建筑師的作品是在腦子里勾畫出來的，而不是拿積木碰運氣拼湊出來的。

2.開發(fā)周期短：“現場可編程”

FPGA可以使你去對產品進行“現場”編程，這使得調試周期縮短，產品也就能夠迅速適應新的工藝標準。并且產品在已經在現場安裝上了之后依然可以對其硬件進行直接配置，也就是我們所說的“現場可編程”。

3.高速

FPGA的高速體現在兩個方面：并行性，PLL鎖相環(huán)。

第一點是FPGA的并行性，相比于傳統(tǒng)的MCU，程序規(guī)模越大，越能體現出FPGA的優(yōu)勢。

第二點就是PLL鎖相環(huán)，MCU上同樣含有PLL鎖相環(huán)，但它受到的限制非常大，通常只能進行幾個檔位的倍頻，而FPGA上的PLL倍頻自由度較高，以Altera公司生產的MAX10為例，50MHz的時鐘通常在芯片允許的情況下外部時鐘可倍頻到470MHz左右，而內部時鐘可倍頻到1.3GHz。

4.高集成度

當半導體行業(yè)產品集成度越來越高的同時，編程者門也意識到可以在FPGA中建立整個子系統(tǒng)，而不是只局限于使用ASIC，他們可以將更多的設備放在相同大小的封裝里——并且允許實現更多樣的功能和更復雜的算法，計算速度上升的同時，功耗也會更小。

5.可嵌入IP硬核

FPGA可以內置IP核，提供豐富強大的功能，使開發(fā)者無需浪費時間去重復的構建同一種功能模塊。同時，也會減少資源的消耗并且節(jié)約很多資金。

接下來，想跟《電子發(fā)燒友網》微信公眾號的燒友們聊下fpga突出特點。

可以說，FPGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。

采用FPGA設計ASIC電路（專用集成電路），用戶不需要投片生產，就能得到合用的芯片。FPGA內部有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳。

FPGA是ASIC電路中設計周期最短、開發(fā)費用最低、風險最小的器件之一。FPGA采用高速CMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容?？梢哉f，FPGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。

FPGA是由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態(tài)的，因此，工作時需要對片內的RAM進行編程。

用戶可以根據不同的配置模式，采用不同的編程方式。加電時，FPGA芯片將EPROM中數據讀入片內編程RAM中，配置完成后，FPGA進入工作狀態(tài)。

掉電后，FPGA恢復成白片，內部邏輯關系消失，因此，FPGA能夠反復使用。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當需要修改FPGA功能時，只需換一片EPROM即可。

這樣，同一片FPGA，不同的編程數據，可以產生不同的電路功能。因此，FPGA的使用非常靈活。

典型應用一：接口邏輯控制——提供前所未有的靈活性

1、PCI、PCI Express、PS/2、USB等接口控制器

2、SDRAM、DDR、SDRAM、QDR、SRAM、NAND Flash、NOR Flash等接口控制器

3、電平轉換，LVDS、TTL、COMS、SSTL等

典型應用二：高速的數字信號處理——提供前所未有的計算能力

1、無線通信領域，如軟件無線電（SDR）；

2、視頻圖像處理領域，如高清晰數字電視（HDTV）；

3、軍事和航空航天領域，如雷達聲納、安全通信。

其他應用領域

1、汽車，如網關控制器、車用PC、遠程信息處理系統(tǒng)等；

2、消費產品，如顯示器/投影儀、數字電視和機頂盒、家庭網絡等；

3、醫(yī)療，如電療、血液分析儀、醫(yī)療檢測設備等

4、通信設備 ，如蜂窩基礎設施、寬帶無線通信、軟件無線電等

5、測試與測量，如通信測試與監(jiān)測、半導體、自動測試設備、通用儀表等。

從市場規(guī)模來看，全球FPGA近幾年基本維持在50億美元左右，應用則以傳統(tǒng)通信市場為主，云計算、IoT等新興市場尚在培育期。

Xilinx、Altera、Lattice三家廠商營收始終位于全球前三甲，每年的營收、凈利潤增長以及毛利率都相對穩(wěn)定。

技術方面，近十年FPGA沒有根本性的進步，行業(yè)壟斷已經形成。

Xilinx、Altera、Lattice、Microsemi等廠商共計擁有超過10000件專利，占總量60%以上，FPGA架構和核心電路、應用方案，基本被這幾家國外廠商專利網覆蓋，后進者發(fā)展受到極大限制。

資料顯示，Xilinx Virtex UltraScale Plus系列產品，采用16納米先進制程工藝，擁有超過28520萬門，Serdes速率為32.75Gbps ，即將開始量產，在技術上依舊領先競爭對手。

數據顯示，中國FPGA市場國產化率非常低，政府部門國產應用率不足30%，還有很大提升空間，商用市場國產化率就更低，形勢不容樂觀。

包朝偉表示，國內廠商FPGA產品在中國市場的份額總計不足5%，只有紫光同創(chuàng)、安路等廠商在中低密度市場取得了一些成績。

不過，由于全球絕大部分FPGA專業(yè)人才集中在前幾家龍頭廠商，其它廠商人才匱乏，再加上FPGA開發(fā)需要最先進的制造封測工藝、軟件開發(fā)難度大、IP多且雜，需要大量應用才能支撐市場，因此中國目前的發(fā)展存在嚴重滯后的問題。

當然，這也是國內廠商的發(fā)展機會。從信息、產業(yè)和國防安全等方面考慮，中國不僅需要自主FPGA，而且還需要將其快速國產化。在AI、IoT、5G快速發(fā)展和即將商用的情況下，預計將帶來龐大的FPGA增量市場，而這也是國內廠商快速切入的時機。

作為一種可編程邏輯器件，FPGA在短短二十多年中從電子設計的外圍器件逐漸演變?yōu)閿底窒到y(tǒng)的核心。伴隨半導體工藝技術的進步，FPGA器件的設計技術取得了飛躍發(fā)展及突破。通過FPGA器件的發(fā)展歷程來看，今后仍將朝下以下幾個方向發(fā)展：

　　·高密度、高速度、寬頻帶、高保密;

　　·低電壓、低功耗、低成本、低價格;

　　·IP軟/硬核復用、系統(tǒng)集成;

　　·動態(tài)可重構以及單片集群;

　　·緊密結合應用需求，多元化發(fā)展。

下面給大家介紹三個目前比較受歡迎的FPGA學習網站。

首先當然是我們的電子發(fā)燒友網1000w+月訪問量，有著300萬用戶群體一起探討工程師的精彩世界。在我們的網站里有最新最全的技術干貨，最及時的行業(yè)新聞。

Xilinx的分銷商AVNET基于Xilinx的Zynq器件做的一系列ZED板卡的資源網站，有每個版本的板子的設計文檔，對于用Xilinx的FPGA做設計的工程師其原理圖等的設計文檔非常具有參考意義。

Digilent是Xilinx的全球大學計劃合作伙伴，基于Xilinx最新推出的器件都有對應的學習板，并有配套的教程，幾年前被NI收購，Digilent在中國也深耕多年，尤其是其Basys板子非常受高校教師的歡迎。在Digilent的網站上有每個板卡的硬件設計文檔、教學案例等，對于初學者來講非常有幫助。