FPGA芯片设计及其应用

田雨晨

（重庆邮电大学，济南 250013）

1 引言

与传统模式的芯片设计进行对比，可见FPGA芯片并非单纯局限于研究以及设计芯片，而是针对较多领域产品都能借助特定芯片模型予以优化设计。从芯片器件的角度讲，FPGA本身构成了半定制电路中的典型集成电路，其中含有数字管理模块、内嵌式单元、输出单元以及输入单元等。在此基础上，关于FPGA芯片有必要全面着眼于综合性的芯片优化设计，通过改进当前的芯片设计来增设全新的芯片功能，据此实现了芯片整体构造的简化与性能提升。

2 分析FPGA的芯片构造与结构

从根本上来讲，FPGA芯片具有逻辑阵列的可编程芯片性质。作为半定制电路而言，FPGA针对较少的门电路数问题能够予以妥善解决，同时也带有逻辑阵列的基本属性。具体在涉及到芯片构造时，对于此类芯片通常可以将其分成多层次的功能模块，其中典型为数字时钟模块、逻辑模块、输入输出的可编程模块、专用性的内嵌硬核、布线资源与RAM的嵌入式模块。

例如，Altera的芯片设有仿真代码，其中编写方式为HD或者EDA方式。经过上述的代码编写以后，再次调试扳机并且在现有的芯片中下载相应的配置电路文件。

3 芯片设计的关键点

相比于其他种类的芯片设计，关于FPGA芯片通常需要设置较高门槛并且拟定严格性较强的基本设计流程。具体在设计时，应当紧密结合FPGA的有关原理图，据此实现了规模较大的专门芯片设计。通过运用Matlab以及C语言的特殊设计算法，应当可以实现全方位的顺利转化，从而确保其符合当前的主流芯片设计思路。在此前提下，如果选择了上述设计思路那么通常需要着眼于有序整合各类元器件以及相应的设计语言，据此保证了可用性与可读性较强的芯片程序设计。例如，KINTEX-7的FPGA可以用于重复编程，同时具有较低的投入资金以及较高的集成度特征，其同时还涉及到丰富性的布线资源。运用FPGA可以实现板机调试、代码仿真与其他有关的设计操作，确保当前的代码编写方式以及设计方案都能符合特定的设计需求。

除此以外，关于设计算法应当将合理性置于首要性的位置，据此实现了最优化的项目设计效果，并且优化了芯片运行的实效性。因此作为设计人员来讲，首先就是要构建特定的算法模块，以此来完成与之有关的芯片代码设计。这是由于，预先设计代码有助保证算法可靠性，对于整体上的芯片设计效果也能予以显著优化。在全面完成板机调试以及仿真测试的前提下，应当可以在根源上缩短设计整个芯片消耗的周期，同时也致力于优化当前现存的硬件整体结构。例如在涉及到开发非标准的某些硬件接口时，通常都会用到上述的新产品设计模式。

4 FPGA芯片的具体运用要点

从本质上讲，上述芯片设计并非单纯局限于研究新型的芯片种类，其还应当包含与之有关的其他设计要素。具体在现阶段的有关实践中，已有较多技术人员正在逐渐致力于研发全新设计模式，并且逐渐将此类设计模式覆盖于更广范围的芯片应用领域。因此在应用FPGA芯片的当前实践中，关键应当包含如下的运用要点：

4.1 关于数据存储以及数据延迟器

在目前看来，技术人员针对数据存储以及数据延迟器在着眼于优化设计时，通常都会用到上述的FPGA芯片。这主要是由于，此类芯片本身配备了延迟性的可编程数字单元，因而可用于时间数值化以及同步通信的全面优化设计。除此以外，关于上述两项设计要点还应当涵盖存储器、数控延迟线与计数器的几类不同设计模式。具体在涉及到FIFO以及RAM手段进行设计时，通常应当针对于存储器设计。

4.2 关于视频分割系统

相比而言，FPGA芯片设有特殊性较强的内部硬件构造，因此在调整或者更改某些结构性的内部逻辑文件时，可以灵活选择此类芯片用于完成设计。具体在视频分割的系统中，上述芯片针对数据线原有的路径能够予以灵活更改，因此体现为优良的便捷性与灵活性特征。除此以外，FPGA芯片还可支持流水线技术以及乒乓技术，通过运用并行连接的方式来拓宽图像信息位置，并且实现了处理图像速度的全面加快。

4.3 关于通信领域

由于受到日常运营以及综合成本等各项要素给当前通信领域带来的影响，因此如果涉及到较多的终端通信设备，那么最好就要选择FPGA。例如在布置基站的过程中，对于此类芯片应当将其连接于各个主板，确保符合高端的型号配置。与此同时，FPGA还能灵活运用于逻辑链路层。每隔相应的时间段，通信基站就可以据此更新现存的物理层协议，因此整体上表现为优良的技术适用性特征。

5 结束语

作为现阶段的全新通信方式，FPGA芯片在目前阶段已经受到了较多领域的关注，而与之有关的芯片运用以及芯片设计手段也表现为显著改进。截至目前，关于数据存储设计、视频分割系统与通信系统都在致力于引进FPGA芯片，其中涉及到多种多样的芯片设计技术。因此在实践中，针对FPGA芯片仍需致力于探寻全新设计思路，对于当前现存的芯片运用范围着眼于综合性的拓宽。