FPGA架构和应用基础

术语FPGA代表现场可编程门阵列，它是一种半导体逻辑芯片它可以被编程成几乎任何一种系统或数字电路，类似于pld。PLDS被限制为数百个门，但fpga支持数千个门。FPGA架构的配置通常使用一种语言来指定，即HDL(硬件描述语言)，它类似于用于ASIC(应用专用集成电路)的语言。

与标准单元等固定功能ASIC技术相比，fpga可以提供许多优点。通常，专用集成电路的制造需要几个月的时间，而获得该设备的成本将高达数千美元。但是，fpga的制作不到一秒钟，成本将从几美元到一千美元不等。FPGA的灵活性体现在巨大的成本、功耗和延迟上。与标准单元ASIC相比，FPGA需要20 ~ 35倍的面积，速度性能将比ASIC慢3 ~ 4倍。本文介绍了FPGA基础和FPGA架构模块，包括I/O pad，逻辑块和开关矩阵。fpga是超大规模集成电路的一些新趋势领域。因此，这些被用于电子工程学生的基于VLSI的项目。

FPGA架构

通用FPGA架构由三种类型的模块组成。它们是I/O块或pad，开关矩阵/互连线和可配置逻辑块(CLB)。FPGA的基本架构具有逻辑块的二维阵列，用户可以通过一种方式安排逻辑块之间的互连。FPGA架构模块的功能如下:

• CLB(可配置逻辑块)包括数字逻辑，输入，输出。它实现了用户逻辑。
• 互连提供了实现用户逻辑的逻辑块之间的方向。
• 根据逻辑，交换矩阵提供互连之间的切换。
• I/O pad用于外部世界与不同的应用程序通信。

逻辑块包含MUX(多路)、D触发器和LUT。LUT实现组合逻辑功能;MUX用于选择逻辑，D触发器存储LUT的输出

FPGA的基本构造块是基于查找表的函数生成器。经过实验，LUT的输入数从3、4、6，甚至8。现在，我们有了自适应LUT，它为每个LUT提供了两个输出，并实现了两个函数生成器。

Xilinx Virtex-5是最流行的FPGA，它包含一个与MUX连接的查找表(LUT)，以及如上所述的触发器。目前的FPGA由数百或数千个可配置逻辑块组成。在配置FPGA时，使用Modelsim和Xilinx ISE软件生成位流文件并进行开发。

基于应用的fpga类型

现场可编程门阵列根据应用分为三类，如低端fpga、中端fpga和高端fpga。

低端fpga

这些类型的fpga设计为低功耗，低逻辑密度和低复杂度的每个芯片。低端fpga的例子有Altera的Cyclone家族、Xilinx的Spartan家族、Microsemi的fusion家族和Lattice半导体的Mach XO/ICE40。

中期范围fpga

这些类型的fpga是低端和高端fpga之间的最佳解决方案，它们是作为性能和成本之间的平衡而开发的。中程fpga的例子有Altera的Arria, Xlinix的Artix-7/Kintex-7系列，Microsemi的IGL002和Lattice半导体的ECP3和ECP5系列。

高端fpga

这些类型的fpga是为逻辑密度和高性能而开发的。高端fpga的例子有Altera公司的Stratix家族、Xilinx公司的Virtex家族、Achronix公司的Speedster 22i家族和Microsemi公司的ProASIC3家族。

FPGA的应用:

fpga在过去的十年中获得了快速的发展，因为它们的应用范围非常广泛。FPGA的具体应用包括数字信号处理、生物信息学、设备控制器、软件定义无线电、随机逻辑、ASIC原型、医学成像、计算机硬件仿真、集成多个spld、语音识别、密码学、过滤和通信编码等等。bob的是什么网站

通常，fpga是为生产容量较小的特定垂直应用而保留的。对于这些小容量的应用程序，顶级公司支付每单位硬件成本。今天，新的性能动态和成本已经扩展了可行应用的范围。

一些更常见的FPGA应用是:航空航天和国防，医疗电子，ASIC原型，音频，汽车，广播，消费电子，分布式货币系统，数据中心，高性能计算，工业，医bob足球体育app疗，科学仪器，安全系统、视频图像处理、有线通信、bob的是什么网站无线通信bob的是什么网站。

基于FPGA的项目思路:

这里是一个基于fpga的项目想法的列表，用于为大四的工程学生实验Verilog HDL和VHDL。的电子项目的想法清单基于FPGA的:

1. 基于FPGA的安全登录系统
2. 基于FPGA的数字助听器芯片
3. 基于FPGA的实时图像特征提取体系结构
4. 基于FPGA的Mp4解码器的设计与实现
5. 基于FPGA的交通信号控制系统设计和实现
6. 基于FPGA的基于Cordic算法的脉冲压缩高频载波生成
7. 基于宏门和混合LUT的可编程逻辑块设计与合成
8. 应用特定指令集处理器的设计、实现和特定DSP任务的研究
9. WCDMA上行链路接收机同步单元的设计与实现
10. IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) FFT算法的FPGA实现
11. 基于FPGA的设计全球定位系统gsm(全球移动系统)移动导航仪
12. 空间矢量脉宽调制三电平转换器:一个LabVIEW实现
13. 高性能嵌入式处理可编程多处理器平台的设计与实现
14. fpga的高性能处理器优化扩展和改进
15. 基于LabVIEW的现场控制开发与评价
16. 直接数字频率合成fpga
17. 面向高性能嵌入式处理的多处理器平台设计与编程
18. 基于FPGA的现场可编程计数器阵列空间探测设计与集成
19. 用于中微子轨道探测的冰立方望远镜的FPGA实现
20. 固件中三维显示的图像插值
21. MIMO球系统体系结构与实现
22. 超标量功率高效FFT(快速傅里叶变换)架构
23. 线性反馈移位寄存器(LFSR)低功耗BIST的功率优化

在花了您宝贵的时间在本文上之后，我们相信，您已经对FPGA架构和从基于FPGA的项目思想中选择您所选择的项目主题有了一个很好的想法，并希望您有足够的信心从列表中选择任何主题。有关这些项目的更多细节和帮助，您可以在下面的评论部分给我们写信。

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