1、 直流电机测控仪 第 1 页 共 51 页 1 1 绪论绪论 1.1 FPGA 背景 目前以硬件描述语言（Verilog 或 VHDL）描述的逻辑电路，可以利用逻辑 综合和布局、布线工具软件，快速地烧录至 FPGA 上进行测试，这一过程是现 代集成电路设计验证的技术主流。 这些可编程逻辑元件可以被用来实现一些基本 的逻辑门数字电路（比如与门、或门、异或门、非门）或者更复杂一些的组合逻 辑功能，比如译码器等。在大多数的 FPGA 里面，这些可编辑的元件里也包含 记忆元件，例如触发器（Flipflop）或者其他更加完整的记忆块，从而构成时 序逻辑电路。 系统设计师可以根据需要，通过可编辑的连接，把
2、 FPGA 内部的逻辑块连 接起来。这就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品 FPGA 的逻辑块和连接可以按照设计者的需要而改变，所以 FPGA 可以完成所 需要的逻辑功能。 FPGA 一般来说比专用集成电路（ASIC）的速度要慢，无法完成更复杂的 设计，并且会消耗更多的电能。但是，FPGA 具有很多优点，比如可以快速成品， 而且其内部逻辑可以被设计者反复修改，从而改正程序中的错误，此外，使用 FPGA 进行除错成本较低。厂商也可能会提供便宜、但是编辑能力有限的 FPGA 产品。因为这些芯片有的可编辑能力较差，所以这些设计的开发是在普通的 FPGA 上完成的，然后将设计转移到
3、一个类似于专用集成电路的芯片上。在一些 技术更新比较快的行业，FPGA 几乎是电子系统中的必要部件，因为在大批量供 货前，必须迅速抢占市场，这时 FPGA 方便灵活的优势就显得很重要。 1.2 FPGA 发展前景 通常来说半导体产业是周期性行业，其周期一般为 4 到 5 年。但是随着新技 术和应用的快速发展，现今半导体周期越来越短，且每一个周期都有典型应用作 直流电机测控仪 第 2 页 共 51 页 为拉动点，比如过去的 PC、后来的通信行业。FPGA 也明显符合这种规律。但不 同的是，当 ASIC 和 ASSP 萧条的时候，往往迎来 FPGA 的大发展。2008 年以来的 金融危机使得半导体
4、行业平均跌幅大于 10%，但是市场数据却显示 FPGA 行业依 然强劲增长。危机和低迷使 ASIC 和 ASSP 制造者为谨慎起见，不敢贸然推出新产 品，避免巨大的 NRE 费用。而 FPGA 恰好能迎合这一需求。 当今，半导体市场格局已成三足鼎立之势，FPGA，ASIC 和 ASSP 三分天下。 市场统计数据表明，FPGA 已经逐步侵蚀 ASIC 和 ASSP 的传统市场，并处于快速 增长阶段。 在全球市场中，Xilinx、Altera 两大公司对 FPGA 的技术与市场仍然占据绝 对垄断地位。两家公司占有将近 90%市场份额，专利达 6000 余项之多，而且这 种垄断仍在加强。同时，美国政
5、府对我国的 FPGA 产品与技术出口进行苛刻的审 核和禁运，使得国家在航天、航空乃至国家安全领域都受到严重制约。因此，研 发具有自主知识产权的 FPGA 技术与产品对打破美国企业和政府结合构成的垄 断，及国家利益意义深远。 作为一种可编程逻辑器件，FPGA 在短短二十多年中从电子设计的外围器件 逐渐演变为数字系统的核心。伴随半导体工艺技术的进步，FPGA 器件的设计技 术取得了飞跃发展及突破。通过 FPGA 器件的发展历程来看，今后仍将朝下以下 几个方向发展： 高密度、高速度、宽频带、高保密； 低电压、低功耗、低成本、低价格； IP 软/硬核复用、系统集成； 动态可重构以及单片集群； 紧密结合
6、应用需求，多元化发展。 此外，集成了 FPGA 架构、硬核 CPU 子系统（ARM/MIPS/MCU）及其他硬核 IP 的芯片已经发展到了一个“关键点”，它将在今后数十年中得到广泛应用， 为系统设计人员提供更多的选择。例如，以应用为导向，在受专利保护的 FPGA 平台架构上无缝集成特定功能模块，以形成具备行业竞争优势（高性价比）的独 特产品。Altera、Cypress半导体、Intel和 Xilinx公司等供应商相继在最近 一年发布或者开始发售 SoC FPGA 器件。 直流电机测控仪 第 3 页 共 51 页 在 FPGA 领域，Xilinx 和 Altera 长期稳坐第一第二的位置。根据最新 Form-10K 数据显示，其分别占有 48%和 41%的市场份额。其中 Xilinx 净销售额为 23.1 亿 美元，净收入为 6.3 亿美元；Altera 净销售额为 19.5 亿美元，净收入为 7.8 亿 美元。这两家公司一直以来是市场和技术的领头羊，而剩余的市场份额被 Lattice 占据多数。 为了在竞争中占
