FPGA设计概述 FPGA在各领域的应用.doc

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1、FPGA设计概述FPGA在各领域的应用　　FPGA（FieldProgrammableGateArray）于1985年由xilinx创始人之一RossFPGA设计概述FPGA在各领域的应用　　FPGA（FieldProgrammableGateArray）于1985年由xilinx创始人之一RossFPGA设计概述FPGA在各领域的应用　　FPGA（FieldProgrammableGateArray）于1985年由xilinx创始人之一RossFreeman发明，虽然有其他公司宣称自己最先发明可编程逻辑器件PLD，但是真正意义上的第一颗FPGA芯片XC2064为xilinx

2、所发明，这个时间差不多比摩尔老先生提出著名的摩尔定律晚20年左右，但是FPGA一经发明，后续的发展速度之快，超出大多数人的想象，近些年的FPGA，始终引领先进的工艺。　　FPGA发明后，在这个行业里面曾经出现过不少玩家，比如xilinx、altera、latTIce、actel、cypress，atmel等，经过十几年的厮杀，玩家逐渐减少，这些公司或者出售，或者退出，如cypress，atmel完全退出，actel出售给microsemi，altera被intel收购，但这两个厂家还在这个行业。现在国际上的主流厂家实际只剩xilinx，altera（intel），latTIc

3、e和microsemi四家。而前两者是绝对的霸主，占据市场总份额的近90%，处在第一阵营。后两者份额在百分之十左右，处在第二阵营，但和第一阵营差距非常大。与国际上巨头的兼并和退出相反，近些年国内陆续诞生了一些FPGA设计公司，且有蒸蒸日上的趋势，但在市场份额及技术方面和国际巨头差距非常大，还远未达到挑战领先巨头的实力，后面会对国内厂家做些分析。　　下面再来简要介绍FPGA设计，这里的FPGA设计不是研发FPGA芯片，而是用FPGA做产品设计。业界普遍认为FPGA设计门槛很高，相对软件设计，差别在哪呢？现在FPGA的主流设计还是采用verilog设计（早期有使用原理图方式，这个

4、方式更接近硬件搭积木，但大规模的设计无法完成）。用matlab，C语言做算法设计，然后通过工具直接转化为verilog的方式，喊了十几年，到现在还未成为主流，说明工具在转化verilog方面其效果还不如有经验的FPGA人员写的代码。Verilog语言本身非常简单，但FPGA设计的难点并不在语言，而是对FPGA器件内部资源和硬件的熟悉，你写的语言能和你使用的目标器件高效的配合起来，使它的效果、利用率以及程序的可读性达到最优，这个难度就非常大了。笔者曾经牵头编写了某大型公司整个无线产品的codingstyle，有近200条规定，这些规定是几十个FPGA开发人员多年经验的积累，不按

5、这个来，随时可能是个坑。好的codingstyle，不仅程序写得很美观，可读性好，也不容易出bug。一般来说，要成为一个有经验的FPGA设计人员，起码得从事相关工作5年以上，经历过3个以上大型项目的锻炼，而且需要有高手带。笔者曾经面试过的大量的FPGA开发人员，基本上从研究所、小公司或者小团队出来的，尽管有些工作了很多年，其底子也不是太好（这里没有歧视研究所和小公司的意思，术业有专攻而已）。因此，如果想在FPGA设计领域做得很深入，国内著名通信设备厂家绝对是最好的选择，没有之一。当然，如果有IC设计经验的人，转为FPGA开发，则会快很多，而且基本功也很扎实，但需要补充行业、系

6、统经验。　　FPGA从诞生起，就注定和ASIC站在不同的阵营。ASIC是固化好的芯片，不可以进行硬件编程（上面跑软件的不属于硬件编程）而随意改变硬件结构，而FPGA则可以根据设计者的需要改变硬件结构。因此，从灵活性来说，FPGA远强于ASIC芯片，而且FPGA开发周期也比ASIC要短，因此在有些领域或者场景下，FPGA比ASIC有优势，比如通信领域，协议标准还不成熟时，各个厂家大量的私有接口，使用FPGA能快速推出产品，而且高度灵活满足了非标准接口的开发。再比如工业领域，很多功能也可能是非标的，很难找到合适的ASIC芯片，这时FPGA也是很好的选择。但是FPGA也有它的弱点，

7、为了保证灵活性，芯片里面预留了可配置逻辑，即相对ASIC增加了冗余的面积，这样既增加了成本也增加了功耗，这就决定了在有些领域里面它很难竞争过ASIC，比如终端产品，它对低功耗要求比较高。在标准化的产品、功能里面，它不需要那么灵活，这也不是FPGA的菜。因为终端产品量非常大，而且这个世界上大部分东西都是有共性的，即可以标准、通用的可能性大，因此，FPGA在整个芯片行业占比总体来说比较小。这些年FPGA总体市场规模在40亿美金左右（加上CPLD大概在50多亿美金），而2016年全球芯片市场规模大概在4000