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FPGA 开发工程师转行做哪些工作比较好
1. ASIC 设计工程师：ASIC 是指特定的应用集成电路（Application Specific Integrated Circuit），ASIC 设计工程师负责设计和开发定制芯片。
与 FPGA 类似，ASIC 也需要进行逻辑设计和验证，因此作为 FPGA 开发工程师转行到 ASIC 设计工程师是一个较为自然的职业转型。
2. 嵌入式软件工程师：嵌入式软件工程师负责编写软件，以控制嵌入式系统的硬件设备。
由于 FPGA 可以直接与嵌入式软件进行通信，因此作为 FPGA 开发工程师转行到嵌入式软件工程师是一个比较明显的选择。
3. 硬件工程师：硬件工程师负责设计、测试和维护电子系统，包括 PCB 设计、电路板制造等工作。
由于 FPGA 在许多电子系统中被广泛应用，因此作为 FPGA 开发工程师转行到硬件工程师是一个可行的选择。
4. 系统架构师：系统架构师负责设计和规划整个系统，包括硬件和软件。
由于 FPGA 是嵌入式系统的重要组成部分，因此作为 FPGA 开发工程师转行到系统架构师是一个可以考虑的方向。
无论选择哪种职业，都需要重新学习新的技能和知识，并经历一段时间的培训和适应期。
嵌入式开发工具发展趋势※■武汉理工大学 李宁 宋薇 周薇 摘 要嵌入式系统复杂程度的快速增加,对开发工具提出了更高的要求。
本文结合Eclip se平台、C o reSight调试体系结构、软件仿真技术等当前嵌入式开发工具的热点,对当前嵌入式开发工具的发展趋势作了分析和介绍。
关键词Eclip se C o reSight 软件仿真 开发工具引 言近年来嵌入式领域得到了迅猛发展,嵌入式系统已经无处不在,嵌入式系统的开发也变得越来越复杂,软硬件的复杂度都大幅度增加。
而市场对于嵌入式系统的开发周期要求也越来越高,这对于嵌入式开发工具提出了新的挑战。
1 嵌入式开发工具面临的挑战嵌入式开发过程相对PC应用程序开发而言,具有其特殊的复杂性,涉及更多的硬件以及操作系统底层的知识,缺乏统一的软硬件平台,系统建模、工程管理和项目管理的工具也非常缺乏。
随着32位嵌入式处理器的应用越来越广泛,市场对于嵌入式系统的性能要求不断提高。
当前嵌入式系统的复杂程度已不是过去8位单片机系统所能比拟的了,这对项目的开发、测试、管理都提出了新的要求,过去的嵌入式开发工具已经越来越无法适应新的需求。
总体上讲,当前的嵌入式开发对工具提出了以下新需求:(1)如何从4/8/16位处理器过渡到32位处理器?中国很多嵌入式工程师都具有8位处理器的开发经验,多数高校毕业生在学校也是接受8位处理器的培训。
目前,8位处理器在微控制器领域仍具有重要的地位,但是2008年32位微控制器的全球出货量第一次超过了8位。
引起这一市场变化的原因有两个:其一是市场需要性能更高、功能更复杂的产品,8位处理器在功能上已经无法满足要求;其二是32位RISC微处理器价格已经非常便宜了,例如ST公司基于Cortex2M3的ST M32处理器[1],最便宜的仅仅1美元。
32位处理器与8位处理器在体系结构上还是有着很大区别的,如何让熟悉8位处理器的工程师迅速熟悉并能进行3位处理器的开发非常重要。
基于FPGA的嵌入式系统设计与开发研究嵌入式系统是指具有特定功能的计算机系统，被嵌入到其他设备中以完成特定任务。
嵌入式系统的设计与开发在现代技术领域中具有重要的地位，其中基于可编程逻辑器件（FPGA）的嵌入式系统尤为重要。
本文将探讨基于FPGA的嵌入式系统设计与开发的研究，并分析其在实际应用中的价值与挑战。
首先，我们需要了解FPGA是什么。
FPGA是一种基于可编程逻辑门阵列（PLA）的集成电路芯片，具有灵活性和可编程性，可以通过配置器件中的逻辑门和连接资源来实现各种硬件功能。
相比于传统的固定功能集成电路，FPGA具有更高的性能、灵活性和可靠性，因此广泛应用于嵌入式系统设计与开发中。
基于FPGA的嵌入式系统设计与开发的研究主要涉及以下几个方面：硬件设计、嵌入式软件开发、系统集成与验证。
在硬件设计方面，基于FPGA的嵌入式系统需要首先确定系统的需求和功能，然后进行硬件结构设计。
硬件设计主要包括逻辑设计、电路设计、时序设计等。
通过使用硬件描述语言（HDL）如VHDL或Verilog来描述系统的行为和结构，设计师可以实现各种硬件模块和接口，并通过逻辑综合工具生成对应的电路网表。
随后，通过布局布线工具将电路网表映射到FPGA的逻辑单元和资源中，最终生成比特流文件（Bitstream），供FPGA配置器件使用。
嵌入式软件开发是基于FPGA的嵌入式系统设计与开发中的另一个重要方面。
嵌入式软件开发主要涉及嵌入式处理器的选择与集成、固件编程、设备驱动程序的开发等。
在嵌入式系统设计中，使用处理器核心与FPGA逻辑单元进行协同工作，处理器核心负责控制和高层次算法处理，FPGA逻辑单元负责实时数据处理和硬件加速，使得系统具有较高的性能和吞吐量。
通过使用嵌入式软件开发工具如Eclipse等，设计师可以编写和调试嵌入式软件，并将其烧录到FPGA中。
系统集成与验证是保证基于FPGA的嵌入式系统正常运行的关键步骤。
系统集成主要涉及将各个硬件模块、嵌入式软件和外设等组合到一起，并实现合适的通信和数据交换机制。
FPGA芯片的现状和未来发展方向FPGA芯片是一种可编程逻辑器件，具有灵活性和可重构性，被广泛应用于各种领域。
本文通过文献综述，对FPGA芯片的现状和未来发展方向进行详细阐述。
首先，介绍了FPGA芯片的基本原理和应用领域。
其次，分析了FPGA芯片的现状，包括芯片性能和功耗方面的进展，以及与其他芯片技术的比较。
然后，探讨了FPGA芯片未来的发展方向，包括更高的集成度、更低的功耗、更高的性能和更广泛的应用领域。
之后，总结了本文的主要观点，并对FPGA芯片的未来发展进行展望。
1、基本原理和应用领域FPGA芯片是一种可编程逻辑器件，采用了可编程逻辑门阵列（CLB）和可编程连线资源（PPT）来实现用户的需求。
FPGA芯片具有灵活性和可重构性，可在设计周期短、适应性强的需求下提供快速解决方案。
因此，FPGA芯片被广泛应用于数字信号处理、网络通信、视频图像处理等领域。
例如，FPGA芯片可以用于图像处理算法的加速、通信协议的实现和数据流处理等。
此外，FPGA芯片还具有低功耗的特点，适合用于移动设备和嵌入式系统。
由于FPGA芯片可以根据不同的应用需求重新配置硬件电路，因此大大减少了硬件开发的工作量和产品的开发周期。
因此，FPGA芯片在各个领域的应用前景广阔。
2、现状分析目前，FPGA芯片在性能和功耗方面取得了大量的进展。
首先，FPGA芯片的逻辑容量和计算性能不断提升，可以满足越来越复杂的应用需求。
其次，FPGA芯片的功耗也在不断降低，提高了芯片的能效。
与传统的ASIC芯片相比，FPGA芯片具有更低的功耗和更快的开发周期。
同时，FPGA芯片与其他芯片技术也进行了比较。
与ASIC芯片相比，FPGA芯片具有更高的灵活性和可重构性，但逻辑容量较小。
与GPU芯片相比，FPGA芯片的功耗更低，但计算性能较弱。
与CPU芯片相比，FPGA芯片在并行计算方面具有优势，但单线程性能较弱。
因此，FPGA芯片在不同的应用场景下具有不同的优势和劣势。
计算机三级（嵌入式系统开发技术）机试模拟试卷47(题后含答案及解析)题型有：1. 选择题 2. 填空题 3. 综合题选择题1．下面关于嵌入式系统逻辑组成的叙述中，错误的是( )。
A．嵌入式系统与通用计算机一样，也由硬件和软件两部分组成B．硬件的主体是CPU和存储器，它们通过I／O接口和I／O设备与外部世界联系C．嵌入式系统的CPU主要使用的是数字信号处理器D．嵌入式系统的软件配置有些很简单，有些比较复杂正确答案：C解析：嵌入式系统与通用计算机一样，也由硬件和软件两部分组成。
硬件的主体是CPU和存储器，它们通过I／O接口和I／O设备与外部世界联系。
嵌入式系统的软件配置有多种情况，有些简单，有些比较复杂；而嵌入式系统的CPU 有ARM、DSP和FPGA等。
故本题选择C。
2．下面关于数字信号处理器的叙述中错误的是( )。
A．它是一种适用于数字信号处理的微处理器B．它的英文缩写是DPSC．它支持单指令多数据(SIMD)并行处理的指令D．它能显著提高音频、视频等数字信号的数据处理效率正确答案：B解析：数字信号处理器英文缩写为DSP，它是一种适用于数字信号处理的微处理器，它支持单指令多数据（SIMD)并行处理的指令，能显著提高音频、视频等数字信号的数据处理效率。
所以B项错误，故本题选B。
3．片上系统是嵌入式处理器芯片的一个重要品种，下列叙述中错误的是( )。
A．SoC已经成为嵌入式处理器芯片的主流发展趋势B．它是集成电路加工工艺进入到深亚微米时代的产物C．片上系统使用单个芯片进行数据的采集、转换、存储和处理，但不支持I／O功能D．片上系统既能把数字电路也能把模拟电路集成在单个芯片上正确答案：C解析：随着电子设计自动化水平的提高和VLSI制造技术的飞速发展，半导体加工已经从微米、亚微米进入到深亚微米的时代，单个芯片上可以集成几亿个甚至几十亿个晶体管，因而能够把计算机或其他一些电子系统的全部电路都集成在单个芯片上，这种芯片就是所谓的片上系统。
“FPGA在嵌入式系统中的应用”研讨会圆满结束
随着微电子技术和软件技术的发展，嵌入式处理器、专用数字器件、外设和DSP 算法正在以IP 核的方式嵌入到FGPA 中，以单芯片可编程FPGA 完成整个嵌入式系统设计已成为现实。
国际和国内的众多FPGA 公司都具有
这样的芯片产品，并在通信、工业控制等领域具有广泛的应用。
基于这种现状，2012 年11 月17 日，嵌入式系统联谊会在北京航空
航天大学举办了一场名为FPGA 在嵌入式系统中的应用的主题讨论会。
来自
产业界和教育界的工程师和学者们分享了各自在实际工程应用和教学实践中
的宝贵经验，并就最新SOPC（PSoC）的FPGA 芯片技术、开发工具、解决方案，以及现存问题和未来发展等内容，进行了深入探讨。
京微雅格业务发展部总监王海力博士在主题发言《国产FPGA 的创
新之路》中谈到，FPGA 的发展经历了从麻雀变凤凰的过程，其应用与设计
的可扩展性更强，灵活性更大。
对于国产化FPGA 的道路应该如何走的问
题，王海力博士认为，面向细分的应用市场，应先抓住种类繁杂、需求多变
的中低端市场，同时不断培养可编程领域的人才，加大技术研发、系统应用
与市场销售的投入，突出本土服务的人才和地域优势，这样才能更好地普及
国产FPGA 器件的使用。
基于FPGA的嵌入式技术“嵌入式系统是一个面向应用、技术密集、资金密集、高度分散、不可垄断的产业，应用在通信、航空航天、消费类电子产品等各种领域中。
”随着经济的发展，各领域对嵌入式产品的应用需求呈现多样化，嵌入式系统设计技术和芯片技术也不断革新。
传统设计ASIC的成本很低，但设计周期长、上市时间晚、风险较大。
基于FPGA的嵌入式系统设计可以缩短设计周期，加快上市时间，抢占市场先机。
1、概述现场可编程门阵列FPGA（Field-Programmable Gate Array）是由复杂可编程逻辑器件CPLD（Complex-Programmable Logical Device）发展而来。
其功能强大，设计灵活。
设计性能能够与ASIC媲美。
而且，性能价格比也可以与ASIC抗衡。
因此，FPGA在嵌入式系统设计领域越来越重要。
FPGA的基本结构由以下几个部分：CLB（Configurable Logic Blocks）、IOB （Input/Output Blocks）和PI（Programmable Interconnection）。
随着工艺的进步和应用需求，一般在FPGA中还包含以下可选结构：Memory、数字时钟管理单元、Select I/O、乘法器和加法器、硬IP核和微处理器等。
随着FPGA性能提高和设计人员能力提高，FPGA将进一步扩大可编程芯片领地，使专用芯片更高端和超复杂。
[1]2、可编程片上系统（SOPC）可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式系统。
片上是指由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；可编程使其具有灵活的设计方式，可以裁剪、扩充、升级。
并且，SOPC结合了SOC和FPGA各自的优点，具备软硬件在系统可编程的功能。
SOPC至少包含一个嵌入式处理器内核，具有小容量片内高速RAM，一部分IP Core（简称IP），大量的片上可编程逻辑，处理器调试接口和FPGA编程接口等。
SOPC设计技术涵盖了嵌入式系统设计技术的全部内容。
嵌入式系统原理及应用考试试卷（答案见尾页）一、选择题1. 嵌入式系统的定义是什么？A. 一种特殊的计算机系统，具有高度集成和低功耗特点B. 一种在工业控制领域广泛应用的计算机系统C. 一种基于微处理器和存储器的小型计算机系统D. 一种在消费电子产品中广泛应用的技术2. 嵌入式系统的基本组成包括哪些？A. CPU、内存、外部设备B. CPU、内存、总线C. CPU、存储器、外部设备D. CPU、存储器、总线、外部设备3. 嵌入式系统的开发过程通常包括哪些阶段？A. 需求分析、设计、编码、测试、部署B. 需求分析、设计、编码、测试C. 需求分析、设计、测试、部署D. 需求分析、编码、测试、部署4. 嵌入式系统通常应用于哪些领域？A. 消费电子、通信、计算机B. 消费电子、通信、工业控制C. 消费电子、计算机、工业控制D. 消费电子、通信、计算机、工业控制5. 嵌入式系统中的实时性是指什么？A. 系统能够在严格的时间限制内响应输入B. 系统能够处理复杂的计算任务C. 系统具有高可靠性和可用性D. 系统能够运行多种应用程序6. 嵌入式系统中的微处理器具有哪些特点？A. 高性能、低功耗、低成本B. 高性能、高功耗、低成本C. 低性能、高功耗、低成本D. 低性能、低功耗、低成本7. 嵌入式系统中的存储器具有哪些特点？A. 大容量、高速度、低功耗B. 大容量、低速度、高功耗C. 小容量、高速度、高功耗D. 小容量、低速度、低功耗8. 嵌入式系统中的通信接口通常包括哪些类型？A. I2C、SPI、UARTB. I2C、SPI、USBC. I2C、UART、HDMID. I2C、SPI、Ethernet9. 嵌入式系统中的操作系统通常具备哪些特性？A. 多任务处理、多用户支持、内存管理B. 多任务处理、多用户支持、文件系统C. 多任务处理、内存管理、网络功能D. 多任务处理、多用户支持、文件系统、网络功能10. 嵌入式系统在未来将面临的主要挑战和发展趋势包括哪些？A. 性能提升、成本降低、功耗优化B. 性能提升、成本降低、功耗优化C. 性能提升、成本降低、安全性提高D. 性能提升、成本降低、安全性提高、环保11. 嵌入式系统的定义是什么？A. 一种特殊的计算机系统，具有面向特定应用领域的专用处理器和实时操作系统。
基于FPGA的嵌入式系统设计Design of Embedded System Based on FPGA(长江大学计算机科学学院) 林华Lin Hua摘要：提出了一种基于FPGA及MicroC /OS的嵌入式系统设计的新方法；从系统硬件平台设计与实现、系统软件配置、实时操作系统MicroC/OS-II的设计应用三方面详细介绍了整个系统平台的设计实现过程，并给出了验证结果。
关键字：FPGA；NIOS II；MicroC /OS；嵌入式系统中图分类号:TP 文献标识码:AAbstract：This paper proposes a new method for embedded system designing，based on FPGA and MicroC/OS．This paper introduce the design and realization course of the whole system flat in details from the hardware design，the software design and the design of MicroC/OS-II. the experiment result is given.Key words: FPGA；NIOS II；MicroC /OS；Embedded system1 前言近年来，随着嵌入式核心芯片的飞速发展，改变了传统嵌入式系统的设计方法，嵌入式系统逐渐由板级向芯片级过渡，即片上系统——SOC。
片上系统是追求产品系统最大包容的集成器件，是当前嵌入式应用领域的技术热点。
SOC的出现使集成电路发展成为集成系统，整个电子整机的功能可以集成到一块芯片中，降低了设计成本，缩短了开发周期。
因此，本文设计了一个基于FPGA的嵌入式系统，既能满足嵌入式系统教学实验的需要，同时也可作为嵌入式产品开发平台。
2 系统硬件设计本系统要实现的功能包括：可以运行嵌入式操作系统；支持NIOS II开发；支持USB 通讯；支持RS-232串口通讯；支持以太网通讯；支持JTAG接口在线调试与下载。
基于fpga毕业设计
基于FPGA（现场可编程门阵列）的毕业设计是一种通过使用FPGA芯片来实现特定功能的项目。
在毕业设计中，FPGA可
以用于开发和运行各种硬件电路和数字信号处理算法。
以下是一些可能的基于FPGA的毕业设计主题：
1. 数字信号处理器：使用FPGA开发一个高性能的数字信号
处理器，用于实现音频、图像或视频处理算法。
2. 高性能数据采集系统：设计和实现一个基于FPGA的高性
能数据采集系统，用于实时采集和处理大量传感器数据。
3. 实时图像处理算法：使用FPGA开发实时图像处理算法，
比如边缘检测、目标跟踪或图像增强。
4. 数字通信系统：设计和实现一个基于FPGA的数字通信系统，用于实时传输和处理数字信号。
5. 深度学习加速器：开发一个专用的深度学习加速器，利用FPGA的并行计算能力实现快速的神经网络推理。
6. 嵌入式系统设计：使用FPGA设计和实现一个嵌入式系统，可用于控制和监控特定的硬件设备或系统。
7. 高级计算机视觉系统：设计和实现一个高级计算机视觉系统，用于实时检测和识别复杂的视觉模式。
这些只是一些可能的毕业设计主题，实际的项目选择应根据个人兴趣、技术能力和导师建议进行。
在选定主题后，需要进行详细的设计和实现，在毕业设计中充分利用FPGA的可编程功能和高性能计算能力。
fpga实训报告摘要：本实训报告旨在介绍FPGA（现场可编程门阵列）的基本原理和应用。
文章首先介绍了FPGA的概念和发展历程，然后详细阐述了FPGA的结构和工作原理。
接着，报告列举了几个常见的FPGA应用领域，并重点介绍了在数字信号处理和通信系统中的应用。
最后，本报告总结了FPGA在实际项目中的优势和挑战，并展望了FPGA技术的未来发展方向。
1. 引言FPGA是一种可编程的逻辑芯片，具有灵活性高、性能强等特点，因而在数字电路设计和嵌入式系统开发中得到广泛应用。
本实训报告将深入介绍FPGA的原理和应用领域。
2. FPGA的概念和发展历程FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，最早由Xilinx公司于1985年推出。
与传统的固定功能集成电路相比，FPGA可以通过编程实现不同的逻辑功能。
随着技术的发展和需求的增加，FPGA的规模不断扩大，性能也不断提高。
3. FPGA的结构和工作原理FPGA由可编程逻辑元件、输入/输出接口和内部互联网络构成。
可编程逻辑元件由可编程查找表（LUT）、触发器和算术逻辑单元等组成，可以通过配置位流（Configuration Bitstream）来实现不同的逻辑功能。
内部互联网络用于连接各个逻辑元件和输入/输出接口，实现信号的传输和通信。
4. FPGA的应用领域4.1 数字信号处理FPGA在数字信号处理中广泛应用，例如音频和图像处理等。
由于FPGA具有并行计算能力和高速数据处理特性，可以实现实时的信号采集、转换和滤波等功能。
4.2 通信系统FPGA在通信系统中也有重要应用，例如调制解调器、协议转换器和网络路由器等。
通过FPGA的可编程性，可以根据不同的通信标准和协议进行灵活配置和优化设计。
4.3 自动化控制FPGA可应用于自动化控制系统，如工业控制和机器人控制等。
通过实时数据采集和处理，FPGA可以实现高精度控制和实时响应。
fpga应用领域_fpga应用三个主要方向FPGA简介FPGA（Field Programmable Gate Array）于1985年由xilinx创始人之一Ross Freeman发明，虽然有其他公司宣称自己最先发明可编程逻辑器件PLD，但是真正意义上的第一颗FPGA芯片XC2064为xilinx所发明，这个时间差不多比摩尔老先生提出著名的摩尔定律晚20年左右，但是FPGA一经发明，后续的发展速度之快，超出大多数人的想象，近些年的FPGA，始终引领先进的工艺。
fpga的优势1）通信高速接口设计。
FPGA可以用来做高速信号处理，一般如果AD采样率高，数据速率高，这时就需要FPGA对数据进行处理，比如对数据进行抽取滤波，降低数据速率，使信号容易处理，传输，存储。
2）数字信号处理。
包括图像处理，雷达信号处理，医学信号处理等。
优势是实时性好，用面积换速度，比CPU快的多。
3）更大的并行度。
这个主要是通过并发和流水两种技术实现。
并发是指重复分配计算资源，使得多个模块之间可以同时独立进行计算。
FPGA的基本特点1）采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。
2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。
3）FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。
4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。
5）FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。
可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
那么fpga的应用领域有哪些呢？主要的方向又是什么呢？具体的跟随小编来了解一下。
fpga应用的三个主要方向第一个方向，也是传统方向主要用于通信设备的高速接口电路设计，这一方向主要是用FPGA处理高速接口的协议，并完成高速的数据收发和交换。
这类。
FPGA技术发展探究一．绪言自1985年Xilinx公司推出第一片现场可编程逻辑器件FPGA至今,FPGA已经历了十几年的发展历史.在这十几年的发展过程中,以FPGA为代表的数字系统现场集成技术取得了惊人的发展：现场可编程逻辑器件从最初的1200个可利用门,发展到90年代的25万个可利用门,乃至当新世纪来临之即,国际上现场可编程逻辑器件的着名厂商Altera公司、Xilinx公司又陆续推出了数百万门的单片FPGA芯片,将现场可编程器件的集成度提高到一个新的水平.纵观现场可编程逻辑器件的发展历史,其之所以具有巨大的市场吸引力,根本在于：FPGA不仅可以解决电子系统小型化、低功耗、高可靠性等问题,而且其开发周期短、开发软件投入少、芯片价格不断降低,促使FPGA越来越多地取代了ASIC的市场,特别是对小批量、多品种的产品需求,使FPGA成为首选.目前,FPGA的主要发展动向是：随着大规模现场可编程逻辑器件的发展,系统设计进入"片上可编程系统"SOPC的新纪元；芯片朝着高密度、低压、低功耗方向挺进；国际各大公司都在积极扩充其IP库,以优化的资源更好的满足用户的需求,扩大市场；特别是引人注目的所谓FPGA动态可重构技术的开拓,将推动数字系统设计观念的巨大转变.二． Xilinx公司研制开发的FPGA系列产品的主要特征Xilinx公司自发明FPGA以来,就不断的推出新器件和开发工具,力求芯片的速度更高、功耗更低.在其新近开发的产品中,Xilinx重新定义了未来的可编程逻辑,为用户提供,和5v可编程逻辑系列选择,并利用先进的、、、工艺技术生产出低成本、高性能的可编程逻辑产品.主要推出了Virtex系列和SpantanTM系列的FPGA.Virtex系列突破了传统FPGA 密度和性能限制,使 FPGA不仅仅是逻辑模块,而成为一种系统元件如图一所示. 而SpantanTM系列为替代ASIC的大容量FPGA树立了一个新的低成本标准.图1 Virtex系列使FPGA从连接逻辑提升至系统的核心部件 Virtex 系列FPGA集成了许多满足系统级设计要求的新性能,具有独特的结构特点如图2.整个Virtex系列由九种器件组成,系统门数从5万到100万门1,728到27,648个逻辑单元；提供给用户的I/O引脚数最多超过500个；采用多种封装形式,包括先进的 FinePitchTMBGA和芯片封装；采用5层金属的微米CMOS工艺,实现5V容差的I/O接口；借助于优选的时序驱动的布局和布线工具,在400MHz的PⅡCPU上,编译速度可达20万门/秒.图2 Virtex系列的内部结构Virtex系统的独特结构使它具有以下一些重要性能：●拥有四重数字化延时锁定电路DLL,用于内外时钟同步；使芯片到芯片间的通讯速度达到200MHz；所有器件从时钟到输出的延时均小于3ns；时钟可倍频和分频,可进行00,900,1800,2700相移.●各种密度产品均设置向量式互连,使布线快速可预测,与内核配合良好.●Virtex支持3级存储.它的SelectRAM+存储层为字节级分布式存储、千字节级块存储和兆字节级与外部DRAM和SRAM 的SSTL3接口存储块提供很高的频宽.●采用SelectI/OTM技术,同时支持多种电压和信号标准.●兼容66MHz/64比特PCI和Compact PCI.在推出Virtex FPGA之后不到一年,Xilinx又推出了Virtex-E系列产品,其性能和密度可与ASIC匹敌.Virtex-E 系列产品的主要特点是：拥有 320万个系统门；832k位的真双端口内部块状RAM；8个DLL并支持超过20种不同的信号标准,包括LVDS、Bus LVDS以及LVPECL；采用工艺制造,在单个器件上实现了亿个晶体管的密度.总之,Virtex和Virtex-E 系列不仅将FPGA性能推向一个新层面,还解决了向系统集成的挑战.Xilinx产品的另一个发展方向是实现可编程逻辑器件在大批量生产中的应用,所以对成本要求更高.Spartan系列是以XC4000系列结构为基础,并结合了片上RAM 、强大的IP库支持和大容量、低价格的特点,使其可在大批量生产中替代ASIC.Spartan系列的主要特点是：系统门数可达40,000门；灵活的片上存储器,分布式和块存储器；4个数字延迟锁相环,有效的芯片级/板级时钟管理；Select I/O技术保证同所有主要总线标准如HSTL、GTL、SSTL等的接口；具有功率管理睡眠模式.三． Altera公司研制开发的FPGA系列产品的主要特征 Altera公司自从事FPGA的开发研制以来,不断的进行技术创新,研制开发新产品.该公司的基于CMOS的现场可编程逻辑器件同样具有高速、高密度、低功耗的特点.近期,Altera 公司主要有四个品种系列：胶合glue逻辑类的MAX,低价位的ACEX系列、高速FLEX系列、高密度的APEX 系列.Altera 公司针对通信市场推出的新型低成本器件--ACEX 系列以前的名称是ACE.该系列的主要特点为：密度范围从1万到10万门56,000到 257,000系统门；配备锁相环PLL,与64位、66MHZ的PCI兼容；产品系列从原扩展至；提供系统速度超过115MHZ 的高性能.Altera公司还对FPGA的结构进行优化,提供更多的嵌入式RAM.新近推出的FLEX 10KE系列器件是以前的FLEX 10K系列器件的增强型,该系列在结构上采用了与FLEX 10K系列相同的逻辑块,但片内嵌入式RAM是FLEX 10K系列的两倍,而且增加了一个双端口RAM,这对通信应用来说是一个重要的优势所在.Altera公司预计该系列器件可用于66MHZ的工作频率,密度范围为3万~25万门,能够用于66MHZ的PCI和通信应用.Altera 公司的高密度APEX 20KE系列器件,其主要特点是：真正实现了的低压差信号low-voltage differential signaling, LVDS通道,并提供840兆比特的数据传输率.在APEX 20KE系列中的锁相环PLL可以提供多种LVDS.设计者可以在1×,4×,7×和8×数据传输模式中实现LVDS I/O标准.APEX 20KE LVDS界面如图3所示.图3 APEX 20KE LVDS界面另一方面,随着现场可编程逻辑器件越来越高的集成度,加上对不断出现的I/O标准、嵌入功能、高级时钟管理的支持,使得设计人员开始利用现场可编程逻辑器件来进行系统级的片上设计.Altera公司目前正积极倡导SOPCSystem on a Progrmmable Chip,系统可编程芯片."片上可编程系统"SOPC得到迅速发展,主要有以下几个原因：1．密度在100万门以上的现场可编程逻辑芯片已经面市； 2．第4代现场可编程逻辑器件的开发工具已经成形,可对数量更多的门电路进行更快速的分析和编译,并可使多名设计人员以项目组的方式同步工作；3．知识产权IP得到重视,越来越多的设计人员以"设计重用"的方式对现有软件代码加以充分利用,从而提高他们的设计效率并缩短上市时间；4．由于连接延迟时间的缩短,片上可编程系统SOPC能够提供增强的性能,而且由于封装体积的减小,产品尺寸也减少了.Altera公司为了实现SOPC的设计,不仅研制开发出新器件,而且还研制出新的开发工具对这些新器件提供支持,并且与新芯片及软件相配合的是带知识产权的系统级设计模块解决方案,它们的参数可由用户自己定义.芯片、软件及知识产权功能集构成了Altera完整的可编程解决SOPC方案---Excalibur解决方案,如图4给出了利用这一方案实现SOPC 的流程图.图4 简化的SOPC设计流程图四．Actel公司研制开发的FPGA系列产品的主要特征Actel公司一直是世界反熔丝技术FPGA的领先供应商,主要有两大系列的反熔丝FPGA产品--SX-A 系列和MX高速系列.SX-A系列FPGA的主要特点是功耗低、在接上了所有内部寄存器之后,200MHZ运行时的功耗不到1w,而且价格也较为低廉、并拥有良好的性能.SX -A和SX FPGA系列可以提供12,000到108,000个可用门；64-bit,66MHZ的PCI；330MHZ的内部时钟频率,4ns的时钟延迟,它的输入设置时间小于,不需要逐步锁定的循环指令；可提供,和5v的电压.这就使FPGA能够具有一些以前无法实现的功能,使设计者能够把多个高性能的CPLD压缩到一片FPGA中,大大降低了功耗,节省了电路板空间,减少了费用.另一方面,众所周知采用反熔丝技术的FPGA尽管具有许多优点,但是却有一个致命的弱点,即只能进行一次性编程.这就为大规模FPGA产品的开发带来了许多不便.为了弥补这一不足,近年来,Altel公司也在积极开发其它结构类型的FPGA 产品.最具代表的是其新近推出了一种非易失性、可重程的门阵列 -ProASIC FPGAs.该系列产品集于高密度、低功耗、非易失性和可重程于一身.ProASIC FPGAs的主要特点是：提供98,000到110,000个可用门；内嵌拥有FIFO控制逻辑的两端口SRAM容量达到138,000比特；提供大于200MHZ的内部时钟频率；该系列产品的功耗仅是基于SRAM的FPGA产品的1/3到1/2如图5所示.图5 ProASIC与SRAM FPGA在相同频率下功耗的比较五．技术分析.从以上对Xilinx、Altera和Actel三家公司各自开发产品特征的介绍,我们可以看出2000年以FPGA为代表的数字系统现场集成技术发展的一些新动向,归纳起来有以下几点：⑴深亚微米技术的发展正在推动了片上系统SOPC的发展.越来越多的复杂IC需要利用SOPC技术来制造.而SOPC要利用深亚微米技术才能实现.随着深亚微米技术的发展,使SOPC的实现成为可能.与以往的芯片设计不同,SOPC需要对设计IC和在产品中实现的方法进行根本的重新评价.新的SOPC世界要求一种着重于快速投放市场的,具有可重构性、高效自动化的设计方法.这种方法的主要要素是：1.系统级设计方法；2.高级的多处理器和特长指令字VLIW；3.应用级映射和编译.但是,真正推动SOPC设计的将是系统级设计而不是特定的硬件或软件设计方法如图6所示.系统级设计是把一个应用当作一个并行的通信任务系统的设计.着重点放在设计活动的并行性以及在整个应用中利用高度并发的、平行的特性.在SOPC领域中所要求的关键技术是在这些平台上把一个应用的系统级描述转化成一个高效率的实现.图6 SOPC设计将被系统级设计而不是被特定的硬件或软件设计方法驱动为了实现SOPC,国际上着名的现场可编程逻辑器件的厂商Altera公司、Xilinx公司都为此在努力,开发出适于系统集成的新器件和开发工具,这又进一步促进了SOPC的发展.⑵芯片朝着高密度、低压、低功耗的方向挺进.采用深亚微米的半导体工艺后,器件在性能提高的同时,价格也在逐步降低.由于便携式应用产品的发展,对现场可编程器件的低压、低功耗的要求日益迫切.因此,无论那个厂家、哪种类型的产品,都在瞄准这个方向而努力.例如在前面所提到的Xilinx公司的SpantanTM系列的FPGA、Altera公司的APEX 20KE器件、ACEX系列以及Actel公司的SX系列产品都是向高密度、低压、低功耗发展的典范.不仅如此,更有新型的公司以其特色的技术加入低压、低功耗芯片的竞争.典型的如Philips Semiconductors推出的 CoolRunner 960,是一种具有960个宏单元的CPLD,无论在何种应用中,都能提供标准的6ns传输延迟、工作于3v的电压下.该器件低功耗的关键是采用了Zero Power互连阵列,它用一个由外部逻辑实现的CMOS门,代替了其它CPLD常用的对电流敏感的运放.这样当其它的相等规模的CPLD需要消耗250mA的静电流时,CoolRunner 960的耗电不到100mA.⑶ IP库的发展及其作用.为了更好的满足设计人员的需要,扩大市场,各大现场可编程逻辑器件的厂商都在不断的扩充其知识产权IP核心库.这些核心库都是预定义的、经过测试和验证的、优化的、可保证正确的功能.设计人员可以利用这些现成的IP库资源,高效准确的完成复杂片上的系统设计.典型的IP核心库有Xilinx公司提供的 LogiCORE和AllianceCORE.4FPGA动态可重构技术意义深远.随着数字逻辑系统功能复杂化的需求,单片系统的芯片正朝着超大规模、高密度的方向发展.与此同时,人们却发现一个有趣的现象,即一个超大规模的数字时序系统芯片,在其工作时,从时间轴上来看,并不是每一瞬间系统的各个部分都在工作,而系统是各个局部模块功能在时间链上的总成.同时,人们还发现,基于 SRAM 编程的FPGA可以在外部逻辑的控制下,通过存储于存储器中不同的目标系统数据的重新下载,来实现芯片逻辑功能的改变.正是基于这个称之为静态系统重构的技术,有人设想,能不能利用芯片的这种分时复用特性,用较小规模的FPGA芯片来实现更大规模的数字时序系统.在研究过程中,有人尝试了这种设想,发现常规的SRAM的FPGA只能实现静态系统重构.这是因为该芯片功能的重新配置大约需要数毫秒到数十毫秒量级的时间；而在重新配置数据的过程中,旧的逻辑功能失去,新的逻辑功能尚未建立,电路逻辑在时间轴上断裂,系统功能无法动态连接.但是,要实现高速的动态重构,要求芯片功能的重新配置时间缩短到纳秒量级,这就需要对FPGA 的结构进行革新.可以预见,一旦实现了FPGA的动态重构,则将引发数字系统的设计的思想的巨大转变.六．结语.综上所述,我们可以看到在新世纪,以FPGA为代表的数字系统现场集成技术正朝着以下几个方向发展.⒈随着便携式设备需求的增长,对现场可编程器件的低压、低功耗的要求日益迫切.⒉芯片向大规模系统芯片挺进,力求在大规模应用中取代ASIC.⒊为增强市场竞争力,各大厂商都在积极推广其知识产权IP库.⒋动态可重构技术的发展,将带来系统设计方法的转变.。
FPGA（可编程逻辑门阵列）和MCU（微控制器）在嵌入式系统中都有广泛的应用，它们各有特点和优势。
FPGA主要用于实现各种数字电路功能，具有高度的灵活性和快速设计能力。
它通过可编程的逻辑元件和可编程的连接资源，使用户可以自由地定义电路的功能和连接。
因此，FPGA在嵌入式系统中的应用主要集中在需要定制硬件逻辑的场景。
例如，在数据中心、嵌入式系统、通信设备、汽车电子、医疗设备等领域，FPGA用于实现各种数字信号处理任务，如音频编解码、滤波等。
MCU是一种包含处理器核心、内存、输入/输出接口和其他外设的单一芯片解决方案。
它主要用于控制应用，例如通过读取传感器数据、执行控制算法、管理通信等来控制嵌入式系统。
单片机的优点是体积小、功耗低、成本较低，并且具有较高的可靠性。
因此，MCU在嵌入式系统中的应用非常广泛，如家用电器、汽车、工业生产线等。
总的来说，FPGA和MCU在嵌入式系统中各有其独特的应用场景。
FPGA主要用于需要定制硬件逻辑的场景，如数字信号处理等；而MCU则主要用于控制应用，如家用电器、汽车等。
在嵌入式系统中用FPGA进行开发的几个发展方向顾名思义，嵌入式系统指的是嵌入到系统内部的计算机系统，是面向特定应用设计的专用计算机系统。
早期的嵌入式系统一般是以通用处理器或单片机为核心，在外围电路中加入存储器、功率驱动器、通信接口、显示接口、人机输入接口等外围接口，再加上应用软件，有些还加上了嵌入式操作系统，从而构成完整的系统。
随着微电子技术的进步，SoC已经在很多应用中取代了传统的以单片机为中心的架构，将很多外设和存储器集成在一个芯片中，使系统的功耗和体积越来越小，而功能却越来越强。
FPGA在嵌入式系统中的应用前景现在的MCU和DSP的功能已经非常强了，但处理能力毕竟还是有限的，厂商在推出一款器件的时候，其性能就已经固定了。
当某一款产品的性能无法满足要求时，就必须选用新的处理器，常常意味着重新进行PCB的设计，重新进行各项软硬件的验证测试，所导致的工程资源的浪费是非常惊人的。
FPGA是通过逻辑组合来实现各种功能的器件，几乎可以进行任何类型的处理；对于常用的数字信号处理，有些FPGA专门还提供了DSP模块来实现加速；FPGA的并行处理架构非常适合图像处理、数字信号处理等运算密集的应用；用某款芯片无法满足要求时，还可以通过使用同样封装且容量更大的FPGA芯片来提供更高的处理能力，这样就可以保持管脚的兼容性，从而无须对PCB板进行修改；FPGA的可编程性使设计工程师可以随时对设计进行修改，即使在产品部署后也能对设计错误进行更正；FPGA 不但可以完成MCU和DSP的各种功能，还可以根据需要生成新的功能，或者调配各项功能之间的资源配比，使同一个硬件电路设计可以满足不同的应用需求；FPGA还可以利用现成的处理器内核，直接生成软处理器，并在其上运行操作系统。
由于FPGA是通过逻辑组合来实现功能的，所以其功耗和成本一般高于MCU和DSP。
在几年前，FPGA给人的印象一直是高高在上的价格，除了通信、航天、军工、工业等少数行业，FPGA更多地是在扮演原型验证开发的角色，在消费类电子等更广大的市场中迟迟未打开局面。
随着Xilinx和Altera竞相采用新的制造工艺，其单位门电路的价格下降得比ASIC还要快，价格在很多应用中已不再是障碍了。
特别是在一些需要特定功能的应用中，设计师在市场上找不到可以满足要求的器件，他们就必须自己开发ASIC芯片，或者用FPGA进行设计。
但开发ASIC的成本和风险在不断提高，甚至超过了未来的收益，用FPGA就成了一个非常实际的选择。
开发流程的演进传统嵌入式系统的开发流程是一般先做好硬件平台，再在硬件平台上面应用嵌入式系统开发工具进行软件开发。
这样做的结果是软件开发人员必须在硬件设计完成后才能工作，或者是用各种仿真工具在虚拟的硬件平台上进行开发。
在用FPGA进行开发时，开发人员首先要设计输入(FPGA厂商专用工具+语言/原理图+IP CORE)，然后编译仿真(FPGA厂商工具+仿真工具)，再进行板级调试(测试板制作+逻辑分析仪)，如果发现问题，再循环进行上面的环节。
这种设计模式存在诸多问题：设计可移植性差，语言的不足及IP CORE的费用昂贵，系统仿真的可靠性及速度瓶颈，需要制作专用测试板，外接测试仪器的局限性，测试板的重复制作导致开发周期延长。
此外，从原理图设计、逻辑验证和仿真、电路板设计、嵌入式软件的开发和调试，到最后的综合调试，在整个过程中要用到多个厂商的不同工具，不但需要开发人员掌握各个软件的使用方法和技巧，仅仅从资本投入上就是一笔不小的开支。
而且，各个软件之间还经常要互相调用文件，尽管各个厂商都宣称自己的软件可保证兼容性，但软件日益复杂的功能和不断增长的代码让人难以对兼容性完全放心。
有没有一个能完成整个FPGA嵌入式系统设计的一体化开发环境呢？有，这就是Altium Designer6.0，该软件的前身就是被电子工程师所广为熟知的Protel，直到现在，还有大量的工程师在用Protel进行PCB板设计。
Altium Designer由三部分组成：Foundation是电子产品设计前端，包含了原理图输入、电路仿真和验证、PCB及CAM文档资料浏览功能；Board Implementation可实现传统板级电路设计、验证及CAM文档编辑功能；Embedded Intelligence Implementation是基于大规模可编程逻辑器件(FPGA/CPLD)的数字电路设计、片上可编程嵌入式系统软件开发和数字电路实时验证功能。
Altium Designer拓宽了板级设计的传统界限，将FPGA与PCB设计集成在一起，同时支持原理图输入和HDL硬件描述输入模式；同时支持基于VHDL的设计仿真，混合信号电路仿真、布局前/后信号完整性分析。
PCB版图设计中的布局布线采用完全规则驱动模式，并且在PCB布线中采用了无网格的Situs拓扑逻辑自动布线功能；同时，将完整的CAM输出功能的编辑结合在一起。
Altium Designer支持PCB与FPGA引脚的双向同步，提供完善的混合信号仿真、布线前后的信号完整性分析功能，提供了对高密度封装(如BGA)的交互布线功能。
在原理图部分，Altium Designer新增的特性包括：文件管理功能，多层次、多通道的原理设计，可自动标注元器件，FPGA引脚配置导入，原理图环境中的PCB规则定义，丰富的集成库，改善的编辑、查询和可视化。
FPGA引脚配置导入功能允许管脚约束文件，管脚定义可以直接来源于FPGA器件商的引脚约束文件，同时提供对引脚名称和电气类型定义的支持；不再强调必须在Altium Designer环境下完成包括FPGA内部逻辑电路设计在内的一体化系统设计。
在PCB部分提供了完整的由规则驱动的PCB设计环境；支持高速设计，具有成熟的布线后信号完整性分析工具；支持差分对布线；支持BGA封装器件的逃溢式扇出功能；支持汉字输入；支持任意可配置引脚定义器件的网络优化功能；Orcad、PADS、AutoCAD和其他软件的文件导入和导出功能；完整的ODB++/Gerber CAM-系统使得用户可以重新设计原有的设计，弥补设计和制造之间的差异。
PCB部分还支持布局优化、布线功能优化、PCB板的3D显示、FPGA的全面协同、CAM输出。
Altium Desigenr内嵌的仿真软件兼容XSPICE/PSPICE电路仿真模型，它能将仿真结果以波形的方式显示，可进行混合电路仿真和仿真波形显示，支持多种仿真模型。
在信号完整性分析部分，提供了消除反射和串扰分析功能，在Altium Designer中，用户可以用图形化的方式来完成整个设计流程，系统自动调用FPGA厂商提供的工具进行布局布线，设计环境中的集中过程控制和监测功能使得信息能够得到及时反馈从而实现交互式设计与调试。
使用“虚拟仪器”元件，工程师可以在原理图级将“虚拟仪器”连入设计；FPGA编程后，可以从外部控制；可以实时观察FPGA发生的情况；调试时使用JTAG 边界扫描检验FPGA 的信号；用Nexus协议和虚拟仪器进行通信并对设计进行调试。
Altium Designer还提供了大量通用的预验证的IP Core，支持通用IP Core 的设计，并且支持第三方提供的IP Core 。
通过与Nanoboard NB1系统验证板的结合，可进行实时设计，从而实现独立于目标器件的FPGA设计。
Altium公司的这种设计方法，将硬件、软件和可编程硬件等领域均被统一在单一的开发系统内，可以完全控制和同步从概念构想到完成实施的整个设计流程。
这种一体化开发流程的缺点是，尽管非常方便易用，但软件的各个部分在性能和功能上无法全部做到领先，在验证、功能设计、PCB设计等方面要弱于一些专业性的或FPGA厂商自己的软件，在需要针对器件进行非常细致的优化以取得最佳性能时，Altium Designer 就未必是最佳选择了。
定位不同的硬件开发板同软件定位不同一样，目前众多的硬件开发电路板的市场定位也是不同的。
主流的FPGA厂商均推出了自己的开发板，为了市场推广和销售的需要，他们也和一些大的经销商合作推出开发板，更容易利用经销商在价格和渠道上的优势。
Xilinx公司的主要经销商安富利公司开发了很多FPGA开发板，在功能上更加丰富，在定价和促销上也更灵活。
如，安富利推出的Virtex-4 FX PCI Express开发工具套件和Virtex-5 LX开发工具套件。
找到精确满足开发人员需求的FPGA开发基板是非常困难的，在基板上添加子板是一个不错的方法。
安富利推出的EXP扩展标准使设计人员在原型设计时候可以通过子卡添加多种功能，满足FPGA开发板的不同要求，免费提供给设计工程师用于定制基本板和扩展模块。
使用EXP模块的好处是成本低、灵活性高、易于制作原型。
在结构上，半长EXP模块可提供84个用户I/O、32个单端信号、22个差分信号、单端时钟输入和输出、差分时钟输入和输出，单端和差分信号的最高频率分别是200MHz和700MHz。
安富利提供的EXP模块包括：视频预处理模块、高速ADC模块、高速DAC模块、ADI 公司的EXP适配器模块。
有全长(126mm×80mm)和半长(108mm×80mm)两种尺寸，采用Samtec公司高性能的QTE/QSE连接器。
视频预处理模块的输入兼容DVI、VGA、S-Video，输出支持DVI、VGA、LCD，具有图像传感器、音频输入和输出。
高速ADC EXP模块采用TI的12位、50MS/s ADC，带有14位的LVDS接口，用两块卡可以支持双通道。
高速DAC模块采用TI的双通道、16位分辨率、采样率为1GS/s、带16位LVDS接口的DAC。
还有支持ADI公司器件的EXP适配器模块，可以很方便地连接到90多种ADC评估板上，支持LVDS和并行接口评估板，可连到Virtex-4、Virtex-5和Spartan-DSP基板上。
Altium公司的NanoBoard开发板支持的范围更广，包括Xilinx、Altera、Actel等公司的众多FPGA型号，与FPGA组成了可重新配置的系统设计验证平台；NanoBoard通过打印电缆接口与用户PC进行通信，支持硬件设计的下载和实现Live设计验证功能。
NanoBoard还支持可插拔的FPGA子板，可以通过更换子板来调试不同的FPGA。
图NanoBoard-NB2开发板NanoBoard的板上资源包括：CAN总线接口、串行口、VGA接口、显示链输入输出、外部存储器、I2C接口、连接用户开发板接口、连接FPGA子板的插座、系统时钟、JTAG 接口、PS2键盘和鼠标鼠标接口、多用户I/O接口。
用户在一块板子上就可以完成整个系统的开发和验证，通过更换子卡，可以试用各厂商的不同器件，找到性价比最佳的器件，而不必重复购买开发板。
