FPGA芯片設計及其應用

田雨晨

（重慶郵電大學，濟南 250013）

1 引言

與傳統模式的芯片設計進行對比，可見FPGA芯片并非單純局限于研究以及設計芯片，而是針對較多領域產品都能借助特定芯片模型予以優化設計。從芯片器件的角度講，FPGA本身構成了半定制電路中的典型集成電路，其中含有數字管理模塊、內嵌式單元、輸出單元以及輸入單元等。在此基礎上，關于FPGA芯片有必要全面著眼于綜合性的芯片優化設計，通過改進當前的芯片設計來增設全新的芯片功能，據此實現了芯片整體構造的簡化與性能提升。

2 分析FPGA的芯片構造與結構

從根本上來講，FPGA芯片具有邏輯陣列的可編程芯片性質。作為半定制電路而言，FPGA針對較少的門電路數問題能夠予以妥善解決，同時也帶有邏輯陣列的基本屬性。具體在涉及到芯片構造時，對于此類芯片通常可以將其分成多層次的功能模塊，其中典型為數字時鐘模塊、邏輯模塊、輸入輸出的可編程模塊、專用性的內嵌硬核、布線資源與RAM的嵌入式模塊。

例如，Altera的芯片設有仿真代碼，其中編寫方式為HD或者EDA方式。經過上述的代碼編寫以后，再次調試扳機并且在現有的芯片中下載相應的配置電路文件。

3 芯片設計的關鍵點

相比于其他種類的芯片設計，關于FPGA芯片通常需要設置較高門檻并且擬定嚴格性較強的基本設計流程。具體在設計時，應當緊密結合FPGA的有關原理圖，據此實現了規模較大的專門芯片設計。通過運用Matlab以及C語言的特殊設計算法，應當可以實現全方位的順利轉化，從而確保其符合當前的主流芯片設計思路。在此前提下，如果選擇了上述設計思路那么通常需要著眼于有序整合各類元器件以及相應的設計語言，據此保證了可用性與可讀性較強的芯片程序設計。例如，KINTEX-7的FPGA可以用于重復編程，同時具有較低的投入資金以及較高的集成度特征，其同時還涉及到豐富性的布線資源。運用FPGA可以實現板機調試、代碼仿真與其他有關的設計操作，確保當前的代碼編寫方式以及設計方案都能符合特定的設計需求。

除此以外，關于設計算法應當將合理性置于首要性的位置，據此實現了最優化的項目設計效果，并且優化了芯片運行的實效性。因此作為設計人員來講，首先就是要構建特定的算法模塊，以此來完成與之有關的芯片代碼設計。這是由于，預先設計代碼有助保證算法可靠性，對于整體上的芯片設計效果也能予以顯著優化。在全面完成板機調試以及仿真測試的前提下，應當可以在根源上縮短設計整個芯片消耗的周期，同時也致力于優化當前現存的硬件整體結構。例如在涉及到開發非標準的某些硬件接口時，通常都會用到上述的新產品設計模式。

4 FPGA芯片的具體運用要點

從本質上講，上述芯片設計并非單純局限于研究新型的芯片種類，其還應當包含與之有關的其他設計要素。具體在現階段的有關實踐中，已有較多技術人員正在逐漸致力于研發全新設計模式，并且逐漸將此類設計模式覆蓋于更廣范圍的芯片應用領域。因此在應用FPGA芯片的當前實踐中，關鍵應當包含如下的運用要點：

4.1 關于數據存儲以及數據延遲器

在目前看來，技術人員針對數據存儲以及數據延遲器在著眼于優化設計時，通常都會用到上述的FPGA芯片。這主要是由于，此類芯片本身配備了延遲性的可編程數字單元，因而可用于時間數值化以及同步通信的全面優化設計。除此以外，關于上述兩項設計要點還應當涵蓋存儲器、數控延遲線與計數器的幾類不同設計模式。具體在涉及到FIFO以及RAM手段進行設計時，通常應當針對于存儲器設計。

4.2 關于視頻分割系統

相比而言，FPGA芯片設有特殊性較強的內部硬件構造，因此在調整或者更改某些結構性的內部邏輯文件時，可以靈活選擇此類芯片用于完成設計。具體在視頻分割的系統中，上述芯片針對數據線原有的路徑能夠予以靈活更改，因此體現為優良的便捷性與靈活性特征。除此以外，FPGA芯片還可支持流水線技術以及乒乓技術，通過運用并行連接的方式來拓寬圖像信息位置，并且實現了處理圖像速度的全面加快。

4.3 關于通信領域

由于受到日常運營以及綜合成本等各項要素給當前通信領域帶來的影響，因此如果涉及到較多的終端通信設備，那么最好就要選擇FPGA。例如在布置基站的過程中，對于此類芯片應當將其連接于各個主板，確保符合高端的型號配置。與此同時，FPGA還能靈活運用于邏輯鏈路層。每隔相應的時間段，通信基站就可以據此更新現存的物理層協議，因此整體上表現為優良的技術適用性特征。

5 結束語

作為現階段的全新通信方式，FPGA芯片在目前階段已經受到了較多領域的關注，而與之有關的芯片運用以及芯片設計手段也表現為顯著改進。截至目前，關于數據存儲設計、視頻分割系統與通信系統都在致力于引進FPGA芯片，其中涉及到多種多樣的芯片設計技術。因此在實踐中，針對FPGA芯片仍需致力于探尋全新設計思路，對于當前現存的芯片運用范圍著眼于綜合性的拓寬。