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    數據采集器核心器件-FPGA(一)
    發布人:    發布時間:2021-06-10
    現場可編程門陣列(FPGAs)是可重構的計算機芯片,可以通過編程實現任何數字硬件電路。如圖1所述,FPGAs由不同類型的可編程塊(邏輯、輸入輸出和其他)組成的陣列,這些可編程塊可以使用預制的布線通道與它們之間的可編程開關靈活地互連。所有FPGA塊的功能和布線開關的配置使用數百萬個靜態隨機存取存儲器(SRAM)單元來控制,這些SRAM在工作時被編程(即寫入)以實現特定功能。用戶用硬件描述語言(HDL)如Verilog或VHDL描述所需的功能,或者可能使用高級綜合將C或OpenCL翻譯成HDL。然后,使用復雜的計算機輔助設計(CAD)流程將HDL設計編譯成比特流文件,用于對FPGA的所有配置SRAM單元進行編程。
    與構建定制專用集成電路(ASIC)相比,FPGAs的非重復性工程成本低得多,上市時間也短得多。預制的現成的FPGA可以用來在幾周內實現一個完整的系統,跳過了定制ASIC通常要經歷的物理設計、布局、制造和驗證階段。它們還允許持續的硬件升級,以支持新功能或通過在現場部署后簡單地加載新比特流來修復錯誤,因此稱為現場可編程。這使得FPGAs成為中小型設計的引人注目的解決方案,特別是在當今市場產品周期快的情況下。FPGAs的比特級可重新配置性使得能夠實現每個應用所需的精確硬件(例如:數據路徑位寬、流水線級、并行計算單元的數量、存儲子系統等。)而不是通用處理器(CPUs)或圖形處理單元(GPUs)的固定的單一尺寸結構。因此,通過實現無指令流硬件[1]或覆蓋有應用定制流水線和指令集的處理器[2],它們可以實現比CPU或GPU更高的效率。
    這些優勢促使FPGAs在許多應用領域采用,包括無線通信、嵌入式信號處理、網絡、ASIC原型、高頻交易等[3]?[7]。它們最近也被大規模部署在數據中心,以加速搜索引擎、數據包處理[9]和機器學習[10]等工作負載。然而,與ASIC相比,FPGA硬件的靈活性帶來了效率成本。庫恩和羅斯[11]表明,僅使用FPGA的電路比相應的ASIC實現平均大35倍,慢4倍。最近的一項研究[12]表明,對于大量使用其他FPGA(如隨機存取存儲器和數字信號處理器)的全功能設計,這一面積差距有所縮小,但仍為9倍。FPGA設計師試圖盡可能地縮小這種效率差距,同時保持可編程性,使FPGA在廣泛的應用中非常有用。
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