fpga簡介

FPGA（Field－Programmable Gate Array）， 即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。

fpga工作原理

FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個(gè)概念，內(nèi)部包括 可配置邏輯模塊CLB（Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊IOB（Input Output Block）和內(nèi)部連線（Interconnect）三個(gè)部分。

現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）是可編程器件，與傳統(tǒng)邏輯電路和門陣列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，F(xiàn)PGA具有不同的結(jié)構(gòu)。FPGA利用小型查找表（16×1RAM）來實(shí)現(xiàn)組合邏輯，每個(gè)查找表連接到一個(gè)D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅(qū)動(dòng)其他邏輯電路或驅(qū)動(dòng)I/O，由此構(gòu)成了既可實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能又可實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊。FPGA的邏輯是通過向內(nèi)部靜態(tài)存儲(chǔ)單元加載編程數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)的，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/O間的聯(lián)接方式，并最終決定了FPGA所能實(shí)現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無限次的編程。

fpga特點(diǎn)

1） 采用FPGA設(shè)計(jì)ASIC電路（專用集成電路），用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。

2） FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。

3） FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳。

4） FPGA是ASIC電路中設(shè)計(jì)周期最短、開發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險(xiǎn)最小的器件之一。

5） FPGA采用高速CMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。

單片機(jī)簡介

單片機(jī)，全稱為單片微型計(jì)算機(jī)（Single-Chip Microcomputer），又稱微控制器（Microcontroller），是把中央處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器（Timer/Counter）、各種輸入輸出接口等都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。它的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小，可放在儀表內(nèi)部，但存儲(chǔ)量小，輸入輸出接口簡單，功能較低。由于其發(fā)展非常迅速，舊的單片機(jī)的定義已不能滿足，所以在很多應(yīng)用場合被稱為范圍更廣的微控制器。

單片機(jī)工作原理

單片機(jī)自動(dòng)完成賦予它的任務(wù)的過程，也就是單片機(jī)執(zhí)行程序的過程，即一條條執(zhí)行的指令的過程，所謂指令就是把要求單片機(jī)執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來，這是在設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對應(yīng)著一種基本操作；單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng)，不同種類的單片機(jī)，其指令系統(tǒng)亦不同。

為使單片機(jī)能自動(dòng)完成某一特定任務(wù)，必須把要解決的問題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的指令），這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預(yù)先存放在具有存儲(chǔ)功能的部件——存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元（最小的存儲(chǔ)單位）組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房的每個(gè)房間的被分配到了唯一一個(gè)房間號(hào)一樣，每一個(gè)存儲(chǔ)單元也必須被分配到唯一的地址號(hào)，該地址號(hào)稱為存儲(chǔ)單元的地址，這樣只要知道了存儲(chǔ)單元的地址，就可以找到這個(gè)存儲(chǔ)單元，其中存儲(chǔ)的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。

程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行，必須有一個(gè)部件能追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計(jì)數(shù)器PC（包含在CPU中），在開始執(zhí)行程序時(shí)，給PC賦以程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令，PC在中的內(nèi)容就會(huì)自動(dòng)增加，增加量由本條指令長度決定，可能是1、2或3，以指向下一條指令的起始地址，保證指令順序執(zhí)行。

單片機(jī)特點(diǎn)

（1）體積小、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高

（2）控制能力強(qiáng)

（3）低電壓、低功耗

（4）優(yōu)異的性能/價(jià)格比

fpga和單片機(jī)的區(qū)別

1、結(jié)構(gòu)上的區(qū)別

單片機(jī)是一種微處理器，類似于電腦CPU的，它一般采用的是哈佛總線結(jié)構(gòu)，或者馮諾依曼結(jié)構(gòu)，對單片機(jī)的編程很大程度上要考慮到它的結(jié)構(gòu)和各個(gè)寄存器的作用，單片機(jī)用途比較廣，一般用在控制流水線上，還有日 常你看得到的東西上！

FPGA 它的結(jié)構(gòu)是查找表結(jié)構(gòu)，其程序不用去太考慮芯片的結(jié)構(gòu)，要注意的是時(shí)序上問題，它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，功能也很強(qiáng)大，一般應(yīng)用在通信領(lǐng)域等比較高端的場合，目前在國內(nèi)FPGA還算是一個(gè)新興的行業(yè)，當(dāng)然它的價(jià)格也要比單片機(jī)貴得多！

單片機(jī)是一個(gè)微控制器，通過加載模塊軟件來實(shí)現(xiàn)某種功能，單片機(jī)是成型的芯片;FPGA是用來設(shè)計(jì)芯片的芯片。

2、速度上的區(qū)別

FPGA由于是硬件電路，運(yùn)行速度直接取決于晶振速度，系統(tǒng)穩(wěn)定，特別適合高速接口電路。單片機(jī)由于是單線程，哪怕是常用的M3系列流水線也是單線程執(zhí)行，程序語句需要等待單片機(jī)周期才能執(zhí)行。

3、本質(zhì)區(qū)別

FPGA和單片機(jī)的區(qū)別，本質(zhì)上是軟件和硬件的區(qū)別，F(xiàn)PGA更偏向于硬件電路，而單片機(jī)更偏于軟件。

單片機(jī)設(shè)計(jì)屬軟件范疇;它的硬件（單片機(jī)芯片）是固定的，通過軟件編程語言描述軟件指令在硬件芯片上的執(zhí)行;

FPGA設(shè)計(jì)屬硬件范疇，它的硬件（FPGA）是可編程的，是一個(gè)通過硬件描述語言在FPGA芯片上自定義集成電路的過程;

4、應(yīng)用上的區(qū)別

應(yīng)用上，差別更大。MCU最終所有的指令在一個(gè)MCU中都是順序執(zhí)行的，而FPGA由于是邏輯單元，很容易做到并行執(zhí)行。

5、入門難易程度

單片機(jī)比FPGA簡單些，價(jià)格也低一些。要做PID算法控制的用單片機(jī)可以，STM32F4系列已經(jīng)到300M+跑PID完全足夠，如果是跑嵌入式的話可以上ARM芯片。涉及通信、圖像等高速部分可以采用單FPGA模塊。