| 摘 要 本文阐述了FPGA 和FPAA 的 产生和发展，并对目前国内外在 FPGA 和FPAA 技术的研究方向和应 用领域进行了简要的介绍，主要 对FPGA 和FPAA 各自在技术应用 领域的特点和优点进行列举和详 细的阐述，整体系统结构也存在 一定差异。虽然FPGA 已经得到广 泛应用，被人们所熟悉，但引入 FPAA 概念后，再联系FPGA 可以加 深大家对FPGA 和FPAA 的认识和 了解。 【关键词】 FPGA FPAA 阵列 模块 1 国内外发展趋势和状况 FPGA 是英文field programmable gate array 的缩写，即现场可编程门阵列。是在 PAL、GAL、EPLD 等可编程器件的基础上发 展的产物。在世界范围内FPGA 芯片的制造 商主要有Altera 和Xilinx，Altera 发明了可编 程逻辑器件，支持软件主要有Quartus。而首 先制造出可编程逻辑器件并把它命名为FPGA 的是Xilinx 公司，公司为客户提供了90% 的 65nm FPGA 产品，1983 年世界上第一款可编 程逻辑器件产生，接下来的几年内这一工艺和 技术在美国和日本和部分发达国家得到迅速普 及和应用，产品主要应用于军工和航天领域， 由于其可编程的特性，在其他一些特殊要求领 域也得到了广泛应用，目前在中国学习和使用 FPGA 的人数也在不断攀升，但能全面掌握和 灵活运用FPGA 并了解如何去开发上还存在很 大的不足，还需要付出更多的精力和努力，才 能逐渐缩短差距迎头赶上。而FPAA 由于设计 比较困难，产品比较昂贵，所以目前在国内没 有研究机构进行这方面的研究，国外有几家厂 商推出了各具特色的产品，如摩托罗拉公司推 出的Mpaa，Anadigm 公司推出的AAN221E04 ， IspPAC 是由 Lattice 公司推出，这些产品在各自 的专业领域应用中得到了肯定。 2 产生和发展 随着集成电路的发展，集成电路设计趋于 复杂化，虽然制作工艺在不断进步但因所需器 件数量庞大，器件的空间分布、结构布局和设 计成本也成为其发展过程中需要考虑的重点和 难点。随着社会进步，电子产品在满足人们需 求的同时，不断向更专业、更专门和个性化的 方向发展，以满足人们对它的需求。正因为这 些需求加速了FPGA 出现和发展，随着FPGA 的发展，其电路结构日趋复杂，在器件规模集 成度不断提高的情况下，芯片的处理功能也越 来越强大。与其同步发展的还有FPAA，但是 其发展速度远远落后于FPGA 的发展，目前从 事FPAA 研究的大型团队很少。由于模拟设计 需要对模拟电路知识达到精通，同时能熟悉模 拟器件在电路板上的结构布局，能精确确计算 由于各种模拟器件之间的相互影响而导致的参 数变化，所以很多人在谈到模拟集成电路设计 时总是之望而却步，转而选择了容易掌握的数 字设计，这一情况导致了模拟设计人才缺乏， 从事模拟设计与数字设计的人员严重失衡。因 此研究人员希望通过简化模拟电路的设计和仿 真过程，进一步促进模拟技术的发展， 正是 在这种情况下FPAA 出现了。FPAA 的出现极 大的加速了模拟电路设计的开发速度，降低了 开发的难度。 3 各自特点和优点 FPGA 具有整体系统结构和逻辑单元灵 活、集成度高以及适用范围广等特点。而且具 备PLD 和通用门阵列的优点，可应用于大规 模的集成电路，编程灵活方便。与门阵列等其 它ASIC 相比，它又具有设计开发周期短、设 计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需 测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点.。 FPGA 能够提供硬件定时的速度和稳定性，且 无需类似自定制ASIC 设计的巨额前期费用的 大规模投入。可重新编程的硅芯片的灵活性与 在基于处理器的系统上运行的软件相当，但它 并不受可用处理器内核数量的限制。FPGA 技 术的五大优势性能- 由于并行处理的优势，使 其有更快速的响应时间和专业化的功能。研发 速度—可以使用软件虚拟硬件设计提高研发速 度。成本— 可编程性，降低了设计的成本。 稳定性—软件工具提供了编程环境， 由于不 使用操作系统，拥有真正的并行执行和专注于 每一项任务的确定性硬件，可减少稳定性方面 出现问题的可能，易于维护。 FPAA 在模拟信号处理过程中虽然模拟电 路并不适用于传统的符号运算，但在处理来自 传感器的信号方面却具有很多优点。首先，它 不需要模拟到数字的转换步骤，因此无需对哪 些信息要保留、哪些信号要丢弃做出武断决定。 这对数据分辨率和时序都有好处。FPAA 设计 可应用于连续时间域和离散时间域；主要是开 关电容和开关电流技术，应用于用于半导体、 运算放大器、电流变换器等，这时，FPAA 一 般具有较宽的带宽，但参数变化范围小，即参 数的编程能力较弱。所以FPAA 可广泛用于信 号调理、模拟计算、仪器仪表、电路实验等小 型化、低成本、低功耗电子系统的设计与实现 等方面。 4 结构 FPGA 采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置 逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、 输出输入模块IOB（Input Output Block） 和 内部连线（Interconnect）三个模块。简化的 FPGA 基本由6 个部分组成，分别为可编程输 入/ 输出单元、基本可编辑逻辑单元、嵌入式 块RAM、丰富的布线资源、底层嵌入功能单 元和内嵌专用硬核等。而FPAA 采用了类似的 设计结构，但采用的技术有所不同，目前更突 出的是基本单元在设计和空间布局上相互影响 参数呈动态分布，所以从原理到成型产品需要 耗费更多的人力和财力。 总之由于FPGA 出现后具有对学习者易 掌握，开发者设计相对简单方便，在生活中 应用广等优点，所以在出现后得到迅速发展 和广泛运用， 而在同期出现的FPAA（field programmable analog arrays）即现场可编程模 拟整列，现场可编程模拟阵列(FPAA) 是基于 开关电容技术的可编程模拟器件，在早期应用 中，具有对设计人员要求的知识水平很高、设 计难度大等特点，发展速度远远落后于FPGA 的发展，但在处理来自传感器的信号方面却具 有很多优点。一直作为FPGA 在电子集成领域 的有效补充被利用。 参考文献 [1] 赵曙光等. 可编程模拟器件与技术新进展 [J]. 半导体技术,2002. [2] 何亚宁. 开关电容器模拟现场可编程 阵列的频域SPICE 仿真[J]. 电声技 术,2005(2). [3] 赵曙光等. 可编程模拟器件原理, 开发及 应用[M]. 西安: 西安电子科技大学出版 社,2001. 作者单位 河北大学 河北省保定市 071000 |
| 在线咨询: |
|
| 联系电话: | 18602588568 |
| 投稿邮箱: | bosslunwen@126.com |
| ★诚信★专业★权威★快速★ | |
