FPGA架构:逻辑门阵列和IC设计
关键的外卖
考虑到设计复杂集成电路所需的资源，上世纪90年代使用的门阵列被认为既昂贵又笨重。
fpga作为一种现代、灵活的解决方案被引入，以解决更老、更传统的逻辑门。
fpga允许设计人员在节能的同时提高性能和效率。
高中毕业后，我申请到当地一家五金店工作。令我惊讶的是，在这家商店工作为我将来从事电子行业做了很好的准备。这家商店的大部分销售对象都是勤劳的农民，他们希望建造坚固的大门。在这家商店工作的最后几年，我已经具备了工程师所需要的好奇心和适应能力，并认识到质量闸门的重要性。
20世纪90年代的门阵列
无论是由农民还是工程师设计的，闸门都是通过简单地改变某物的状态来实现相同的功能。逻辑门构成任何数字系统的基本基础。在最简单的形式中，逻辑门有一个或多个输入和一个输出。当操作依赖于输入和输出之间的逻辑关系时，逻辑门处理代表真或假状态的信号。
在20世纪90年代，门阵列风靡一时——至少在美国是这样电子设计。根据客户定制设计专用集成电路(ASIC)，栅极阵列的特点是在单元内包含一排排不连接的晶体管和电阻。考虑到在ASIC中使用未连接的组件，设计人员使用这些构建模块来实现控制逻辑用于执行操作。因此，门阵列弥合了软件和硬件设计之间的差距。
单元库提供门、触发器、锁存器和寄存器信息，而宏库显示复杂的功能信息。为了获得适当的设计特征，软件生成互连掩码。掩模使用顶部金属层构建相互连接的通道，以形成不同类型的逻辑门。
现场可编程门阵列的吸引力
门阵列的吸引力有限，因为设计复杂的集成电路需要时间和资源。由于需要更灵活的方法来使用内部硬件构建块，设计团队引入了现场可编程门阵列(FPGA)。像门阵列，一个FPGA的特性以二维阵列排列的可配置逻辑单元。fpga利用用户可编程链路来定义逻辑状态，而不是依赖于制造掩模来编程门阵列信号路由。所有这些导致了一种非常随需应变的方法来生产与特定应用程序(如图像处理、网络、物联网接口和智能交通系统)相匹配的逻辑。
如果我们能够看到FPGA的底层，我们将看到数千个可配置的逻辑单元。可编程互连形成了一个在逻辑块之间路由信号的结构。其他块构成FPGA的输入/输出接口，并允许设备与其他设备接口。fabric方法的使用标准化了FPGA内的金属层，并降低了FPGA内的金属层生产成本。
每个可配置逻辑单元或块由几个较小的逻辑块组成。这些块包括查找表信息和逻辑函数。查找表包括可能的逻辑输出或任何可能的输入组合的预定义列表。
一旦配置完毕，逻辑单元将执行特定于应用程序的操作。设计团队在开发工具中定义任务类型，并将任务编译到配置文件中。这种在配置文件中发现的硬件描述语言描述了如何连接逻辑单元，并反映了软件设计团队在编写指令时使用的技术。考虑到硬件描述语言的复杂性，供应商提供专有的软件开发工具包来帮助设计人员进行开发。
细粒度fpga与粗粒度fpga
FPGA资源必须与配置文件中标识的资源相匹配。如果存在不匹配，编译器就不能在逻辑单元之间创建路由。fpga根据可配置逻辑的粒度进行分类。就fpga而言，粒度指的是逻辑关系的布局。
细粒度fpga具有简单的可配置单元排列，并且只能实现少数逻辑门。相比之下，粗粒度fpga可以实现组合功能，并具有更大的存储能力。虽然粗粒度fpga提供更低的区域开销，但行和列的数量降低了处理缺陷的能力。细粒度fpga具有固定的区域开销，并且可以处理增加的缺陷数量。
FPGA-Driven应用程序
越来越多复杂的fpga驱动应用已经改变了电路设计。例如，用于电信网络的fpga需要添加智能电源管理控制器来监视和控制电流。FPGA设计套件允许设计人员建立和优化设计参数。这些参数允许设计人员在节省电力的同时最大化性能和功能。
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