2.1 FPGA全芯片架构

如图2-1所示为典型FPGA芯片的结构。该器件包括可编程I/O、可编程逻辑、可编程存储器和可编程DSP模块。DSP模块通过高速乘法器和加法器逻辑执行数字信号处理功能。图中显示了串行收发器模块的扩展视图，该模块用于许多常见的高速I/O标准。FPGA外部是一个配置器件，通常是一个闪存，包含FPGA器件中所有可编程功能的设置。

图2-1 典型FPGA芯片的结构

FPGA具有高性能、低成本的特点，它的高密度性能够满足创建复杂逻辑功能的需求，内部除核心的逻辑模块外还集成了各种功能与资源模块，如嵌入式存储模块、DSP模块、时钟网络、布线资源、I/O资源、高速收发器等。因此，很容易看出FPGA具有诸多优势。它们在高密度封装中包含许多用户逻辑，可以创建从简单到非常复杂的各种逻辑功能。FPGA是高性能器件，较旧的可编程逻辑器件通常不用作ASIC或专用逻辑芯片的替代品，因为其无法实现这些专用器件的时钟速度。

然而，现代FPGA具备了许多高速应用所需的性能，使其成为许多不同类型系统设计中经济实惠的解决方案。FPGA包括不同类型的专用硬件，如存储器或DSP模块，可以轻松地将不同功能组合到一个设计中。FPGA I/O非常灵活，具有许多支持的I/O标准和功能，可针对特定应用进行定制。利用SRAM编程单元，可以非常快速地对FPGA进行编程，这使得在上电时所需编程的缺点可忽略不计。

英特尔提供了不同系列的FPGA器件，如MAX、Cyclone、Arria和Stratix系列，以及最新的Agilex系列FPGA器件。其中，英特尔Cyclone系列器件是具有大量逻辑单元的低成本、高性能器件，适用于大多数中低端应用。较新的英特尔Cyclone器件甚至包括高速收发器，这种硬件功能通常只存在于高端设备中。在中端市场，英特尔^®Arria^®器件是成本最低的器件，包括高速收发器，其性能高于英特尔Cyclone收发器。英特尔Stratix^®系列是高性能器件，具有更高的逻辑密度、高速收发器和在芯片上创建完整系统的能力。英特尔的Agilex系列提供了比Stratix系列更高性能的FPGA芯片。