它們是為您的電路添加邏輯的電子組件（因此它們類似於微控制器）。但是設計方法與uC（微控制器）完全不同。在uC中，您無法更改內部uC設計。您只能在其上運行“經典”程序。對FPGA進行編程更像是創建新硬件。您可以在邏輯門之間創建新的連接，並創建一個新的專用處理器。您可以在家裡，辦公桌和PC上完成所有操作。

聽起來很棒嗎？是的，但是有一些缺點。例如，價格（但我覺得很難比較），更高的功耗和更低的時鐘速度（但是您可以以一種智能的方式設計應用程序，並在一個時鐘週期內執行更多操作）。

有用的鏈接：

• Optushome的好教程
• 維基百科-數字電子學
• Wikipedia-IP內核
• Wikipedia-PicoBlaze-軟處理器內核示例
• EEVblog：什麼是FPGA？

示例用法： http://nsa.unaligned.org/

FPGA實際上是可以在現場進行編程的邏輯門陣列。觸發器，多路復用器，4位查找表等可以使用類C語言（Verilog）以任意方式連接。

uC，例如AVR，也是由類似的邏輯門組成，但它們是在製造設備時配置的。當然，它具有RAM和Flash，因此您可以編寫軟件來讀取輸入和控制輸出，但不能更改門的實際佈置。閘門將始終排列在ALU，內存控制器，串行端口等中。

uC的優點是您可以在現場（在辦公桌上）輕鬆編程要使用熟悉的高級語言（例如C）。問題是軟件很慢。要使輸入控件具有輸出，在最簡單的情況下，您可以編寫：

void loop（）{buttonState = digitalRead（buttonPin）; if（buttonState == HIGH）{
digitalWrite（ledPin，HIGH）;
} else {digitalWrite（ledPin，LOW）; }}

這將變成十二條彙編指令，因此循環將需要一微秒左右的時間來控制一個輸入中的一個輸出。而且，整個uC芯片需要如此快速地完成。當然，您可以做很多事情，但是隨著uC忙於做其他事情，您控制輸出的能力就會降低。

在FPGA中，我可以將門配置為具有輸入控制1個時鐘輸出。因此，輸出跟隨輸入的時間可能會延遲25納秒。使用相同的時鐘週期，速度快40倍。 FPGA中的其餘門可以用來做很多其他事情，而不會影響這個小功能的速度。

FPGA的代碼將是一個簡單的觸發器：

始終@（擺姿勢時鐘）ledPin < = buttonPin;

在FPGA的成千上萬個中，這只需要1個FPGA單元，大約40個門。

我可以對FPGA重新編程以執行其他操作，例如，仍然使用一個FPGA單元，仍然在一個時鐘中基於四個輸入的組合來控制led。或者在幾個FPGA單元中，基於輸入的串行流控制led，這將是100個門。因此，我可以基於串行數據（例如“ ON”或“ OFF”）控制LED，並以非常高的速率（輕鬆達到20MHz）使用串行流，而仍然只使用FPGA容量的一小部分。

因此，FPGA的優勢顯然是速度。它可以完成uC可以做的任何事情，並且可以並行完成所有事情，並且可以更快地完成它。 uC需要幾毫秒完成的複雜事情，FPGA可以完成幾毫秒或更短的時間。只要在FPGA中還剩下一些門，我就可以為其添加更多功能，而不會影響FPGA中先前功能的速度或操作。順便說一句，FPGA可以很容易地以20MHz的時鐘速率運行。

成本是無法與眾不同的。我可以花5美元買到一個FPGA，它幾乎可以實現我見過的幾乎所有Arduino設計，與Arduino AVR芯片差不多。還有一些免費的FPGA工具鏈（IDE，編譯器，調試器）。

電源不可或缺。由於我可以以低得多的時鐘頻率運行FPGA來獲得與uC相同的功能，並使用其門的一小部分（未使用的門僅使用洩漏功率），因此FPGA可以擊敗幾乎任何基於uC的功率設計。

FPGA的最大缺點是，與uC程序相比，定義，編寫代碼和調試非平凡的FPGA設計要復雜得多，而且耗時得多。一個晚上可能要完成的典型uC項目在FPGA上可能要花費幾天的時間。

其他可能解決的問題是，大多數人都接受過軟件編程方面的培訓，但很少有人了解硬件編程。您可以相當輕鬆地學習Verilog。但是您還需要考慮硬件設計而不是軟件設計。設計模式有很大的不同。它們往往採用100引腳或更大的表面貼裝封裝，因此要構建電路板就比較困難。

最後一個問題是，對於很多易於使用的項目，可以實現很多有趣的項目uC，那麼為什麼還要煩惱FPGA？

如果您熟悉基本邏輯門，則應該知道它們實際上是瞬時的。當A，B或C改變時，操作A和B或C會立即改變。

FPGA是可編程邏輯門的矩陣（在某種程度上）。您可以定義輸入和輸出（作為輸入的組合）。

在uC中，A + B / C * sqrt（D）將花費幾個時鐘週期和一些內存。在FPGA中，結果幾乎是即時的。

它們非常適合視頻，DSP，加密...

這是主要優勢。現代FPGA現在適合內存，並且有uC / FPGA混合。

它們用於破解加密密鑰的速度比通用計算機快得多。 ：D

與ASIC相比，可以節省金錢和風險。除非您

1. 深深地關心電源，或者
2. 正在建造一堆（例如1萬個單位）
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固定的（由於使用ASIC的成本很高，因此成本過高。

由於您可以輕鬆地更換FPGA，因此可以減少設計仿真的速度並更快地進入實驗室。您也可以像在軟件中一樣進行部分設計並在其​​上進行構建。